KR20190065964A - 증폭기 출력부 사이의 인버터를 따라 직렬 컴포넌트를 갖는 다중 경로 증폭기 - Google Patents
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Abstract
다중 경로 증폭기(예를 들어, 도허티 증폭기) 및 증폭기를 하우징하는 모듈에 관한 실시예들은 제 1 출력 단자를 갖는 제 1 증폭기(또는 제 1 전력 트랜지스터 다이)와, 제 2 출력 단자를 갖는 제 2 증폭기(또는 제 2 전력 트랜지스터 다이)와, 제 1 출력 단자와 제 2 출력 단자 사이에 전기 접속된 임피던스 인버터 라인 어셈블리를 포함한다. 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 제 1 전송선과 상기 제 1 출력 단자와 제 2 출력 단자 사이에 직렬 접속된 표면 장착 컴포넌트를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 표면 장착 컴포넌트는 고정 값 커패시터, 고정 값 인덕터, 조정가능 커패시터, 조정가능 인덕터, 및 조정가능 수동 컴포넌트 네트워크 중에서 선택된다.
Description
본 명세서에 설명되는 대상에 관한 실시예들은 일반적으로 무선 주파수(RF) 증폭기에 관한 것으로, 특히 다중 경로 증폭기(예를 들어, 도허티 증폭기(Doherty amplifiers)) 및 증폭기 모듈에 관한 것이다.
무선 통신 시스템은 무선 주파수(RF) 신호의 전력을 증가시키기 위해 전력 증폭기를 포함한다. 무선 통신 시스템에서, 전력 증폭기는 무선 인터페이스를 통한 방사를 위한 안테나에 증폭된 신호를 제공하기 전에 전송 체인에서 마지막 단계의 일부분을 형성한다. 이러한 무선 통신 시스템에서 높은 이득, 높은 선형성, 안정성, 높은 수준의 전력 부가 효율은 바람직한 증폭기의 특성이다.
일반적으로, 전력 증폭기는 포화 전력에 근접하게 전송할 때 최대 전력 효율로 동작한다. 그러나, 출력 전력이 감소함에 따라 전력 효율이 악화되는 경향이 있다. 최근에, 도허티 증폭기 아키텍처는 넓은 전력 동적 범위에 대한 아키텍처의 높은 전력 부가 효율 때문에 기지국뿐만 아니라 모바일 단말기에 대해서도 주목받고 있다.
간단히 말하면, 기존 양방향 도허티 증폭기는 신호 분배기, 병렬 연결된 캐리어 및 피킹 증폭기, 및 부하에 연결된 결합 노드를 포함한다. 신호 분배기는 입력 RF 신호를 균등하거나 균등하지 않은 전력을 갖는 두 RF 신호로 분할하고, 두 RF 신호 중 하나 또는 둘 모두에 위상 시프트를 적용하여 신호 간 약 90도 위상차를 달성하며, 두 RF 신호를 캐리어 및 피킹 증폭기에 제공한다. 입력 RF 신호 전력 레벨이 비교적 낮을 때, 캐리어 증폭기만이 이의 수신된 신호를 능동적으로 증폭하여 증폭된 출력 신호를 생성하고, 이는 부하에 제공된다. 소정의 입력 신호 전력 임계치에서, 피킹 증폭기는 수신된 신호를 능동적으로 증폭하기 시작하고, 캐리어 및 피킹 증폭기 출력 RF 신호는 결합 노드에서 위상이 결합되고 부하에 제공된다. 입력 RF 신호 전력 레벨이 계속 증가함에 따라, 피킹 증폭기 출력 신호 레벨 또한 전체 전력 출력 조건까지 증가한다. 전체 전력 출력 상태보다 낮은 전력 레벨에서의 도허티 증폭기 동작은 "백오프 동작"이라고 한다.
임피던스 인버터 및 도허티 부하 변조 라인(본 명세서에서는 간단히 "임피던스 인버터 라인"으로 지칭됨)은 캐리어 및 피킹 증폭기 출력부와 신호 결합기 사이에 연결된다. 임피던스 인버터 라인은 피킹 증폭기로부터의 전류가 부하에 더해질 때 캐리어 증폭기의 출력부에서 보이는 임피던스를 감소시킨다. 백오프 동작 동안 증폭기의 최적의 효율 출력 임피던스는 보통 Zmod로 지칭되고, 임피던스 인버터 라인의 길이는 백오프 동작 동안 Zmod 조건을 설정함으로써 도허티 증폭기의 전체 성능에 상당한 영향을 미친다. 캐리어 및 피킹 증폭기로부터의 출력 RF 신호가 결합 노드에서 위상 결합 되도록 보장하기 위해, 임피던스 인버터 라인의 전기 길이는 가능한 90˚의 홀수배, 예를 들어, 약 90도(λ/4) 또는 270도(3λ/4)이며, 여기서 λ는 증폭기 동작의 중심 주파수이다.
도허티 증폭기의 높은 효율은 현재 및 차세대 무선 시스템에 바람직한 아키텍처를 만든다. 그러나, 시스템 소형화에 대한 요구가 증가함에 따라, 이 아키텍처는 반도체 패키지 설계 측면에서 어려움을 나타낸다. 특히, 통합 패키지로 구현된 도허티 증폭기는 종종 임피던스 인버터 라인의 잠재적인 물리적 길이에 영향을 주는 엄격한 크기 제약조건을 갖는다. 또한, 임피던스 인버터 라인을 가능한 한 작게 만드는 것이 손실 관점에서 바람직하다. 그러나, 임피던스 인버터 라인의 소형화와 최적화된 성능을 가진 도허티 증폭기 설계의 용이함 사이에는 고유한 균형점이 있다.
본 발명의 대상에 대한 더 완전한 이해는 이하의 도면과 함께 고려될 때 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써 도출될 수 있고, 도면에서 동일한 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 도허티 증폭기의 개략도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른, 출력부들 사이의 인버터 라인을 따라 직렬 컴포넌트를 갖는, 캐리어 디바이스 및 피킹 디바이스의 출력부들 사이의 상호접속을 나타내는 개략도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 도허티 증폭기 모듈의 평면도이다.
도 4는 라인 4-4에 따른 도 3의 모듈의 횡단면도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 직렬 컴포넌트를 갖는 인버터 라인 어셈블리의 확대된 평면도이다.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 직렬 컴포넌트를 갖는 인버터 라인 어셈블리의 확대된 평면도이다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 직렬 컴포넌트를 갖는 인버터 라인 어셈블리의 확대된 평면도이다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 직렬 컴포넌트를 갖는 인버터 라인 어셈블리의 확대된 평면도이다.
도 9는 인버터 라인 어셈블리의 다양한 예시적인 실시예를 사용하여 수행될 수 있는 임피던스 변환을 예시하는 스미스 차트이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따라, 도허티 증폭기 모듈을 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 도허티 증폭기의 개략도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른, 출력부들 사이의 인버터 라인을 따라 직렬 컴포넌트를 갖는, 캐리어 디바이스 및 피킹 디바이스의 출력부들 사이의 상호접속을 나타내는 개략도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 도허티 증폭기 모듈의 평면도이다.
도 4는 라인 4-4에 따른 도 3의 모듈의 횡단면도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 직렬 컴포넌트를 갖는 인버터 라인 어셈블리의 확대된 평면도이다.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 직렬 컴포넌트를 갖는 인버터 라인 어셈블리의 확대된 평면도이다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 직렬 컴포넌트를 갖는 인버터 라인 어셈블리의 확대된 평면도이다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 직렬 컴포넌트를 갖는 인버터 라인 어셈블리의 확대된 평면도이다.
도 9는 인버터 라인 어셈블리의 다양한 예시적인 실시예를 사용하여 수행될 수 있는 임피던스 변환을 예시하는 스미스 차트이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따라, 도허티 증폭기 모듈을 제조하는 방법의 흐름도이다.
전술한 바와 같이, 기존 양방향 도허티 증폭기는 신호 분배기, 병렬 연결된 캐리어 및 피크 증폭기, 결합 노드, 및 임피던스 인버터 및 도허티 부하 변조 라인(또는 "임피던스 인버터 라인")을 포함한다. 전형적으로, 임피던스 인버터 라인은 캐리어 및 피킹 증폭기 출력부와 신호 결합기 사이에 전기적으로 연결된 연속적인 마이크로스트립 전송선으로서 구현된다. 다중 경로 증폭기(예를 들어, 양방향 또는 n-방향 도허티 증폭기)의 다양한 실시예에 따르면, 임피던스 인버터 라인의 연속적인 마이크로스트립 전송선 구현은 하나 이상의 마이크로스트립 전송선 및 적어도 하나의 직렬 연결된 표면 장착 컴포넌트(본 명세서에서 "직렬 컴포넌트"로 지칭됨)를 포함하는 어셈블리로 대체된다. 이 "어셈블리"는 본 명세서에서 임피던스 인버터 및 도허티 부하 변조 어셈블리로 지칭되거나, 보다 간단하게 "임피던스 인버터 라인 어셈블리"로 지칭된다.
또한 전술한 바와 같이, 백오프 동작 동안의 도허티 증폭기의 최적의 효율 출력 임피던스 또는 Zmod 및 임피던스 인버터의 길이는 백오프 동작 동안 Zmod 조건을 설정함으로써 도허티 증폭기의 전체 성능에 상당한 영향을 미친다. 또한, 증폭된 캐리어 및 피킹 신호가 결합 노드에서 가능한 한 구조적으로 결합하도록 보장하기 위해, 증폭된 캐리어 및 피킹 신호의 위상이 결합 노드에 도달할 때 가능한 한 밀접하게 일치되도록 임피던스 인버터의 전기 길이가 선택되는 것이 중요하다. 그러나, 불행하게도, 임피던스 인버터의 연속적인 마이크로스트립 전송선 구현을 포함하는 기존 도허티 증폭기 설계에서, 임피던스 인버터의 전기 길이는 고정되어 있고 조정 가능하지 않다. 따라서, 증폭기의 하나의 예시화에서 다른 예시화로, 업스트림 컴포넌트(예를 들어, 신호 분배기 및/또는 증폭기)의 변형은 결합 노드로 전파되는 증폭기 출력부에서의 위상차의 변형을 야기할 수 있다. 따라서, 증폭된 캐리어 및 피킹 신호는 원하는 레벨의 위상 코히어런스 없이 결합 노드에 도달할 수 있으며, 결과적인 결합 신호는 바람직하지 않은 왜곡을 가질 수도 있다. 임피던스 인버터 라인 어셈블리(즉, 하나 이상의 마이크로스트립 전송선 및 적어도 하나의 직렬 컴포넌트)를 갖는 도허티 증폭기의 다양한 실시예에서, 직렬 컴포넌트(들)는 임피던스 인버터의 조정가능성(tunability)을 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 직렬 컴포넌트(들)는 임피던스 인버터 라인 어셈블리의 최종 조정된 길이가 결합 노드에서 증폭된 캐리어 신호와 피킹 신호 사이의 양호한 위상 코히어런스를 야기하도록 선택될 수 있고, 이는 결국 기존의 연속적인 마이크로스트립 임피던스 인버터 라인과 비교할 때 백오프 동작 동안 감소한 신호 왜곡 및 원하는 Zmod 조건으로 이어질 수 있다.
캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기 각각은 단일단 또는 다단 전력 트랜지스터를 사용하여 구현될 수 있다. 전형적으로 전계 효과 트랜지스터(FET)에 적용되는 명명법을 사용하여, 캐리어 증폭기 트랜지스터 및 피킹 증폭기 트랜지스터는 각각 입력 RF 신호를 수신하도록 구성된 제어 단자(예를 들어, 게이트) 및 두 개의 전류 전도 단자(예를 들어, 드레인 단자 및 소스 단자)를 포함할 수 있다. 일부 구성에서, 각각의 소스 단자는 접지 기준 노드에 연결되고, 증폭된 캐리어 및 피킹 신호는 캐리어 증폭기 트랜지스터 및 피킹 증폭기 트랜지스터의 드레인 단자에 각각 제공된다. 피킹 증폭기의 드레인 단자는 캐리어 및 피크 증폭기에 의해 생성된 증폭된 RF 신호에 대한 결합 노드로서의 역할을 할 수 있다.
도면 및 이하의 설명은 캐리어 증폭기 및 단일 피킹 증폭기를 포함하는 양방향 "비 반전(non-inverted)" 도허티 증폭기의 실시예를 도시하고 논의하며, 여기서 피킹 증폭기 입력부에 제공된 RF 신호는 캐리어 증폭기 입력부에 제공된 RF 신호보다 약 90도만큼 지연되고, 인버터 라인 어셈블리는 결합 노드에서 증폭된 피킹 신호와 결합하기 전에 증폭된 캐리어 신호에 위상 시프트를 인가하도록 기능한다. 일부 실시예들에서, 인버터 라인 어셈블리는 "90-0" 도허티 증폭기에 구현되고, 여기서 증폭된 캐리어 신호가 결합 노드에 도달하기 전에 약 90도의 위상 시프트가 증폭된 캐리어 신호에 인가되는 반면, 피킹 신호가 결합 노드에 도달하기 전에 어떠한 실질적 위상 시프트도 피킹 신호에 인가되지 않는다.
캐리어 증폭기의 고유 드레인과 결합 노드(예를 들어, 피크 증폭기 트랜지스터의 고유 드레인에서) 사이에서 90도 위상 시프트 및 임피던스 반전을 제공하기 위해, 캐리어 증폭기의 드레인은 임피던스 인버터 라인 어셈블리에 관한 일 실시예의 제 1 단부에 전기적으로 연결될 수 있고, 임피던스 인버터 라인 어셈블리의 제 2 단부는 피킹 증폭기의 드레인(예를 들어, 결합 노드)에 전기적으로 연결될 수 있다. 캐리어 및 피킹 증폭기 트랜지스터의 드레인 단자 사이의 임피던스 인버터 라인 어셈블리의 전기 길이는 캐리어 및 피크 증폭기 트랜지스터의 드레인 커패시턴스에 의해 부분적으로 결정된다. 90-0 도허티 증폭기에서, 캐리어와 피킹 증폭기 트랜지스터의 고유 드레인들 사이에 90도의 총 위상 시프트가 적용되지만, 임피던스 인버터 라인 어셈블리에서의 마이크로스트립 라인의 전기 길이는 90도 미만의 값을 가질 것이다. 다양한 실시예들에서, 마이크로스트립 라인의 전기 길이는 약 30도 내지 약 70도 범위의 값을 갖지만, 예를 들어, 마이크로스트립 라인의 전기 길이는 더 작거나 클 수도 있다. 더 높은 주파수에서 전기 길이는 매우 짧은 물리적 길이로 변환되며, 이는 소형 패키징 장치에서 실현하기 어려울 수도 있다. 이러한 어려움은 임피던스 인버터 라인 어셈블리가 결합되는 기판의 유전 상수가 비교적 높을 때 훨씬 더 심각해진다.
도면 및 이하의 설명은 90-0 도허티 증폭기 실시예들에 초점을 맞추었지만, 다른 실시예들에서는 하나 이상의 인버터 라인 어셈블리가 "270-90" 도허티 증폭기로 구현되며, 여기서 증폭된 캐리어 신호가 결합 노드에 도달하기 전에 약 270도의 위상 시프트가 증폭된 캐리어 신호에 인가되는 반면, 증폭된 피킹 신호가 결합 노드에 도달하기 전에 약 90도의 위상 시프트가 증폭된 피킹 신호에 인가된다. 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 길이를 갖는 제 1 임피던스 인버터 또는 인버터 라인 어셈블리는 캐리어 증폭기 출력부와 결합 노드 사이에 연결될 수 있고, 제 2 의 상이한 전기 길이를 갖는 제 2 임피던스 인버터 또는 인버터 라인 어셈블리는 피킹 증폭기 출력부와 결합 노드 사이에 연결될 수 있다.
또한, 도면 및 이하의 설명은 비 반전 도허티 증폭기 실시예에 초점을 맞추지만, 다른 실시예들은 "반전" 90-0 또는 270-90 도허티 증폭기를 포함하며, 여기서 캐리어 증폭기 입력부에 제공된 RF 신호는 RF 신호는 피킹 증폭기 입력부에서 제공된 RF 신호보다 약 90도 지연되고, 증폭된 피킹 신호가 결합 노드에서 증폭된 캐리어 신호와 결합되기 전에 90 또는 270도 위상 시프트가 임피던스 인버터 라인 어셈블리에 의해 증폭된 피킹 신호에 인가된다. 또한, 도면 및 이하의 설명이 양방향 도허티 증폭기에 초점을 맞추었지만, 인버터 라인 어셈블리의 실시예들은 또한 캐리어 증폭기 및 n-1 피킹 증폭기(여기서 n은 정수 2 이상의 값, 예를 들어, 2에서 5 사이의 값을 가짐)를 포함하는 다른 n-방향 도허티 증폭기에 포함될 수도 있다.
임피던스 인버터 라인 어셈블리를 반전 또는 비 반전 n-방향 도허티 증폭기에 포함시키는 것은, 비교적 높은 기본 동작 주파수에서 동작하도록 구성된 도허티 증폭기 및/또는 비교적 소형의 풋프린트(footprint)에 맞도록 제한된 도허티 증폭기에 대해서도 임피던스 인버터를 보다 물리적으로 실현 가능하게 할 수 있다. 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 증폭기 레이아웃 및/또는 마이크로스트립 전송선 구성을 재설계하지 않고도 임피던스 인버터의 총 전기 길이를 쉽게 수정할 수 있도록 설계된다. 예를 들어, 임피던스 인버터 라인 어셈블리의 직렬 컴포넌트(들)에 대한 컴포넌트 값을 변경함으로써 수정이 이루어질 수 있다. 다양한 실시예들에 내재된 수정의 용이함은 도허티 증폭기가 보다 쉽게 조정되게 할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 도허티 증폭기(100)의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 도허티 증폭기(100)의 일부 또는 모든 컴포넌트는 단일 디바이스 패키지 또는 모듈(예를 들어, 단일 기판에 연결됨)로 구현될 수 있다. 후술되는 바와 같이 다양한 실시예들에 따라, 다양한 증폭기 컴포넌트들의 구성 및 배향은 기존 컴포넌트를 사용하는 기존 패키징 기술과 비교할 때 패키지 또는 모듈의 크기가 현저하게 감소하게 할 수 있다. 이러한 소형화의 이점은 이득, 선형성, 안정성 및 효율 성능 기준을 충족하면서 실현될 수 있다. 이는 캐리어 및 피크 증폭기 신호 경로들(예를 들어, 경로들(130, 150))의 부분들 사이에 각도 오프셋을 수립하기 위해 다양한 증폭기 컴포넌트들을 배향시킴으로써 부분적으로 달성된다. 수립된 각도 오프셋은 캐리어 경로 및 피킹 경로를 따라 전달되는 신호들 사이의 커플링을 감소시키는 유익한 효과를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 도허티 증폭기(100)는 RF 입력 노드(112), RF 출력 노드(114), 전력 분배기(120), 캐리어 증폭기 경로(130), 피킹 증폭기 경로(150), 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172), 및 결합 노드(180)를 포함한다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)의 실시예들은 하나 이상의 마이크로스트립 전송선 및 하나 이상의 직렬 컴포넌트(예를 들어, 표면 장착 컴포넌트)를 포함하여, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)의 물리적 길이 및 전기 길이의 설계를 유연하게 한다.
더 큰 RF 시스템에 통합될 때, RF 입력 노드(112)는 RF 신호 소스(미도시)에 연결되고, RF 출력 노드(114)는 부하(190)(예를 들어, 안테나 또는 다른 부하)에 연결된다. RF 신호 소스는 일반적으로 하나 이상의 캐리어 주파수에 초점이 맞춰진 스펙트럼 에너지를 포함하는 아날로그 신호인 입력 RF 신호를 제공한다. 기본적으로, 도허티 증폭기(100)는 입력 RF 신호를 증폭하고 RF 출력 노드(114)에서 증폭 된 RF 신호를 생성하도록 구성된다.
일 실시예에서, 전력 분배기(120)는 입력부(122) 및 2개의 출력부(124, 126)를 갖는다. 전력 분배기 입력부(122)는 RF 입력 노드(112)에 연결되어 입력 RF 신호를 수신한다. 전력 분배기(120)는 입력부(122)에서 수신된 RF 입력 신호를 출력부(124, 126)를 통해 캐리어 및 피킹 증폭기 경로(130, 150)에 제공되는 제 1 및 제 2 RF 신호(또는 캐리어 및 피킹 신호)로 분할하도록 구성된다. 일 실시예에 따르면, 전력 분배기(120)는 출력부(124, 126)에서 신호들 사이에 위상차를 수립하기 위해 제 1 및 제 2 RF 신호에 하나 이상의 위상 시프트를 전달하도록 구성된 제 1 위상 시프트 소자를 포함한다. 반전된 도허티 증폭기에서, 피킹 증폭기에 제공되는 RF 신호의 위상이 캐리어 증폭기에 제공되는 RF 신호의 위상보다 약 90도 지연되도록 위상 시프트(들)가 인가된다. 따라서, 출력부(124 및 126)에서, 캐리어 신호 및 피킹 신호는 서로 약 90도 위상이 다를 수 있다.
도허티 증폭기(100)가 대칭 구성(즉, 캐리어 및 피킹 증폭기 전력 트랜지스터들의 크기가 실질적으로 동일한 구성)을 가질 때, 몇몇 실시예들에서, 전력 분배기(120)는 입력부(122)에서 수신된 입력 RF 신호를 균등한 전력을 갖는 매우 유사한 2개의 신호로 분할할 수 있다. 이와 반대로, 도허티 증폭기(100)가 비대칭 구성(즉, 증폭기 전력 트랜지스터들 중 하나, 전형적으로 피킹 증폭기 트랜지스터가 상당히 큰 구성)을 가지면, 전력 분배기(120)는 불균등한 전력을 갖는 신호를 출력할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 분배기(120)는 고정 값 수동 컴포넌트들로 구현될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전력 분배기(120)는 하나 이상의 제어 가능한 가변 감쇠기 및/또는 가변 위상 시프터 구현될 수 있으며, 이는 전력 분배기(120)가 외부에서 제공된 제어 신호에 기초하여 캐리어 및/또는 피킹 신호를 감쇠 및/또는 위상 시프트할 수 있게 한다.
전력 분배기(120)의 출력부들(124, 126)은 캐리어 및 피킹 증폭기 경로들(130, 150)에 각각 연결된다. 캐리어 증폭기 경로(130)는 전력 분배기(120)로부터의 캐리어 신호를 증폭하고, 증폭된 캐리어 신호를 전력 결합 노드(180)에 제공하도록 구성된다. 마찬가지로, 피크 증폭기 경로(150)는 전력 분배기(120)로부터의 피킹 신호를 증폭하고, 증폭된 피킹 신호를 전력 결합 노드(180)에 제공하도록 구성되며, 경로(130, 150)는 증폭된 캐리어 및 피킹 신호가 전력 결합 노드(180)에서 서로 실질적으로 동 위상에 도달하도록 설계된다.
일 실시예에 따르면, 캐리어 증폭기 경로(130)는 (예를 들어, 임피던스 정합 회로를 포함하는) 입력 회로(170), 캐리어 증폭기 다이(132) 및 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 캐리어 증폭기 다이(132)는 RF 입력 단자(134), RF 출력 단자(138), 및 입력 단자(134)와 출력 단자(138) 사이에 연결된 하나 이상의 증폭단을 포함한다. RF 입력 단자(134)는 입력 회로(170)를 통해 전력 분배기(120)의 제 1 출력부(124)에 연결되고, 따라서 RF 입력 단자(134)는 전력 분배기(120)에 의해 생성된 캐리어 신호를 수신한다. 드레인 바이어스 전압 단자(116)는 캐리어 증폭기 다이(132)의 RF 출력 단자(138)(예를 들어, 드레인 단자)에 DC 바이어스 전압을 제공하기 위해 외부 바이어스 회로에 연결될 수 있다.
캐리어 증폭기 다이(132)의 각 증폭단은 전력 트랜지스터를 포함한다. 보다 상세하게는, 각각의 전력 트랜지스터는 제어 단자(예를 들어, 게이트 단자) 및 제 1 및 제 2 전류 전달 단자(예를 들어, 드레인 단자 및 소스 단자)를 포함한다. 단일 전력 트랜지스터를 포함하는 단일단 디바이스에서, 제어 단자는 RF 입력 단자(134)에 전기적으로 연결되고, 전류 전달 단자들 중 하나(예를 들어, 드레인 단자 또는 소스 단자)는 RF 출력 단자(138)에 전기 접속되고, 다른 전류 전달 단자(예를 들어, 소스 단자 또는 드레인 단자)는 접지 기준(또는 다른 전압 기준)에 전기 접속된다. 이와 대조적으로, 2단 디바이스는 직렬로 연결된 2개의 전력 트랜지스터를 포함할 것이며, 여기서 제 1 트랜지스터는 상대적으로 낮은 이득을 갖는 드라이버 증폭기 트랜지스터로서 기능하고, 제 2 트랜지스터는 상대적으로 높은 이득을 갖는 출력 증폭기 트랜지스터로서 기능한다. 그러한 실시예에서, 드라이버 증폭기 트랜지스터의 제어 단자는 RF 입력 단자(134)에 전기적으로 접속되고, 드라이버 증폭기 트랜지스터의 전류 전달 단자들 중 하나(예를 들어, 드레인 단자 또는 소스 단자)는 출력 증폭기 트랜지스터의 제어 단자에 전기적으로 접속되며, 드라이버 증폭기 트랜지스터의 다른 전류 전달 단자(예를 들어, 소스 단자 또는 드레인 단자)는 접지 기준(또는 다른 전압 기준)에 전기적으로 접속된다. 또한, 출력 증폭기 트랜지스터의 전류 전달 단자들 중 하나(예를 들어, 드레인 단자 또는 소스 단자)는 RF 출력 단자(138)에 전기적으로 접속되고, 출력 증폭기 트랜지스터의 다른 전류 전달 단자(예를 들어, 소스 단자 또는 드레인 단자)는 접지 기준(또는 다른 전압 기준)에 전기적으로 접속된다.
전력 트랜지스터(들) 외에, 입력 및 출력 임피던스 정합 네트워크 및 바이어스 회로(도 1에 미도시)의 일부는 또한 캐리어 증폭기 다이(132)의 일부로서 모놀리식으로 형성되고/되거나 캐리어 증폭기 다이(132)에 전기적으로 연결된다. 또한, 캐리어 증폭기 다이(132)가 2단 디바이스인 실시예에서, 단 사이의 정합 네트워크(도 1에 미도시)는 또한 캐리어 증폭기 다이(132)의 일부로서 모놀리식으로 형성될 수 있다.
캐리어 증폭기 다이(132)의 RF 출력 단자(138)는 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)에 연결된다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)의 일 실시예는 2개의 개별 마이크로스트립 전송선(174, 178), 적어도 하나의 직렬 컴포넌트(176), 및 캐리어 및 피킹 증폭기 다이(132, 152)의 출력부들과 마이크로스트립 전송선(174, 178) 사이의 전기 접속부들(161, 163)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)는 단일 마이크로스트립 전송선 및 적어도 하나의 직렬 컴포넌트를 포함할 수 있거나, 인버터 라인 어셈블리(172)는 2개 이상의 마이크로스트립 전송선 및 다중 직렬 컴포넌트를 포함할 수 있다.
본질적으로, 일 실시예에서, 캐리어 증폭기 다이(132)의 RF 출력 단자(138)는 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)를 통해 전력 결합 노드(180)에 연결된다. 일 실시예에 따르면, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)는 lambda/4(λ/4) 위상 시프트 회로이고, 이는 캐리어 증폭기 다이(132)에 의한 증폭 후에 캐리어 신호에 약 90도 상대 위상 시프트를 부여한다. 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)의 제 1 단부는 캐리어 증폭기 다이(132)의 RF 출력 단자(138)에 연결되고, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)의 제 2 단부는 전력 결합 노드(180)에 연결된다.
일 실시예에서, 피킹 증폭기 다이(152) 및 (예를 들어, 임피던스 정합 회로를 포함하는) 입력 회로(174)를 포함하는 피킹 증폭기 경로(150)가 이제 참조된다. 피킹 증폭기 다이(152)는 다양한 실시예에서 RF 입력 단자(154), RF 출력 단자(158) 및 입력 단자(154)와 출력 단자(158) 사이에 연결된 하나 이상의 증폭단을 포함한다. RF 입력 단자(154)는 전력 분배기(120)의 제 2 출력부(126)에 연결되고, 따라서 RF 입력 단자(154)는 전력 분배기(120)에 의해 생성된 피킹 신호를 수신한다. 드레인 바이어스 전압 단자(118)는 피킹 증폭기 다이(152)(예를 들어, 드레인 단자)의 RF 출력 단자(158)에 DC 바이어스 전압을 제공하기 위해 외부 바이어스 회로에 연결될 수 있다.
캐리어 증폭기 다이(132)에서와 같이, 피킹 증폭기 다이(152)의 각 증폭단은 제어 단자 및 제 1 및 제 2 전류 전달 단자를 갖는 전력 트랜지스터를 포함한다. 피킹 증폭기 다이(152)의 전력 트랜지스터(들)는 캐리어 증폭기 다이(132)의 설명과 관련하여 전술한 것과 유사한 방식으로 RF 입력 및 출력 단자(154, 158) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 캐리어 증폭기 다이(132)의 설명과 관련하여 논의된 추가의 다른 세부사항은 또한 피킹 증폭기 다이(152)에 적용되며, 이들 추가의 세부사항은 간결성을 위해 여기서 반복하지 않는다.
피킹 증폭기 다이(152)의 RF 출력 단자(158)는 전력 결합 노드(180) 및 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)에 연결된다. 일 실시예에 따르면, 피킹 증폭기 다이(152)의 RF 출력 단자(158) 및 결합 노드(180)는 공통 소자로 구현된다. 보다 구체적으로, 일 실시예에서, 피킹 증폭기 다이(152)의 RF 출력 단자(158)는 결합 노드(180)로서 그리고 피킹 증폭기 다이(152)의 출력 단자(158)로서 기능을 하도록 구성된다.
증폭기(100)는 동작 동안, 증폭된 캐리어 RF 신호 및 피킹 RF 신호가 결합 노드(180)에서 실질적으로 동 위상으로 결합되도록 설계된다. 결합 노드(180)는 RF 출력 노드(114)에 전기적으로 결합되어 증폭되고 결합된 RF 출력 신호를 RF 출력 노드(114)에 제공한다. 일 실시예에서, 결합 노드(180)와 RF 출력 노드(114) 사이의 출력 임피던스 정합 네트워크(184)는 캐리어 및 피킹 증폭기 다이(132, 152) 각각에 적절한 부하 임피던스를 제시하는 기능을 한다. 결과적으로 증폭된 RF 출력 신호는 출력 부하(190)(예를 들어, 안테나)가 접속되는 RF 출력 노드(114)에서 생성된다.
증폭기(100)는 캐리어 증폭기 경로(130)가 비교적 낮은 레벨의 입력 신호에 대한 증폭을 제공하고, 두 증폭 경로(130, 150)는 결합하여 동작하여 비교적 높은 레벨의 입력 신호에 대한 증폭을 제공한다. 이는, 예를 들어, 캐리어 증폭기 다이(132)가 클래스 AB 모드로 동작하도록 캐리어 증폭기 다이(132)를 바이어싱하고, 피킹 증폭기 다이(152)가 클래스 C 모드로 동작하도록 피킹 증폭기 다이(152)를 바이어싱함으로써 달성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 캐리어 및 피킹 경로(130, 150)의 물리적 컴포넌트는 서로에 대해 배향되어, 캐리어 및 피킹 증폭 경로(130, 150)의 대응하는 부분이 실질적으로 서로 상이한 방향으로 확장된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "신호 경로"라는 용어는 회로를 통해 RF 신호가 따르는 경로를 지칭한다. 예를 들어, 캐리어 증폭기 다이(132)를 통과하는 제 1 신호 경로의 일부는 RF 입력 및 출력 단자(134, 138) 사이에서 제 1 방향(화살표 130으로 표시됨)으로 연장된다. 유사하게, 피킹 증폭기 다이(152)를 통과하는 제 2 신호 경로의 일부는 RF 입력 단자(154)와 출력 단자(158) 사이의 제 2 방향(화살표 150로 표시됨)으로 연장되고, 여기서 제 1 방향 및 제 2 방향이 실질적으로 서로 다르다. 예시된 실시예에서, 제 1 방향 및 제 2 방향은 서로에 대해 수직이다(즉, 각도로는 90도 이격됨). 다른 실시예에서, 제 1 방향 및 제 2 방향은 90°보다 작거나 큰 각도로 이격될 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예들에서, 제 1 방향 및 제 2 방향은 45도 내지 315도 사이에서 임의의 각도만큼 각도로 이격될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 제 1 신호 경로 및 제 2 신호 경로의 대응 부분의 방향들 사이의 각도 거리(angular separation)를 언급할 때, "실질적으로 다른"이라는 용어는 경로 부분들 사이의 각도 거리가 적어도 +/- 45 도임을 의미한다.
일 실시예에 따르면, 캐리어 증폭기 다이 및 피크 증폭기 다이(132, 152)를 가로지르는 제 1 신호 경로 및 제 2 신호 경로의 부분들의 방향들 사이의 각도 거리(angular separation)는 이들 각각의 RF 입력 단자 및 출력 단자(134, 138, 154, 158) 사이의 신호 경로가 각도 상 이격되도록 캐리어 증폭기 다이 및 피킹 증폭기 다이(132, 152)를 배향시킴으로써 달성된다. 예를 들어, 캐리어 증폭기 다이 및 피크 증폭기 다이(132, 152)는 일 실시예에서 수직으로 배향되어, 캐리어 증폭기 다이 및 피크 증폭기 다이(132, 152)를 통과하는 신호 경로들의 부분들의 방향들 또한 수직이다.
동작 동안, 캐리어 증폭기 다이 및 피킹 증폭기 다이(132, 152)를 통과하는 신호 경로들의 각도 거리는, 캐리어 다이 및 피킹 다이 및/또는 캐리어 신호 경로 및 피킹 신호 경로가 서로 평행하게 진행되는 시스템에 비교할 때, 신호 경로들의 부분들 사이의 연결 양을 상당히 감소시킨다. 신호 경로들 사이에서 이러한 연결의 감소를 고려해볼 때, 캐리어 증폭기 다이 및 피킹 증폭기 다이(132, 152)는 수용 가능한 성능을 여전히 달성하면서 기존의 평행한 배향으로 있을 수 있는 것보다 더 가깝게 함께 위치할 수 있다. 따라서, 다양한 실시예들의 구현은 통상적으로 배열된 도허티 증폭기를 하우징하는데 사용되는 패키지 또는 시스템의 크기와 비교할 때, 고성능 도허티 증폭기가 비교적 작은 패키지 또는 모듈로 구현될 수 있게 한다.
전술된 바와 같이, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)의 실시예는 2개의 개별 마이크로스트립 전송선(174, 178), 적어도 하나의 직렬 컴포넌트(176), 및 캐리어 증폭기 다이 및 피킹 증폭기 다이(132, 152)의 출력부들과 마이크로스트립 전송선들(174, 178) 사이의 전기 접속부(161, 163)를 포함한다. 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)의 전기적 특성은 이제 도 2 및 도 9와 관련하여 보다 상세히 논의될 것이다. 보다 구체적으로, 도 2는 임피던스 인버터 라인 어셈블리(272)(예를 들어, 도 1의 어셈블리(172))의 실시예를 통해 캐리어 디바이스(232) 및 피킹 디바이스(252)의 고유 드레인(230, 250) 사이의 상호접속을 나타내는 개략도이고, 도 9는 인버터 라인 어셈블리(272)의 다양한 예시적인 실시예들을 사용하여 수행될 수 있는 임피던스 변환을 도시하는 스미스 차트(900)이다.
도 2에서, 노드(230)는 캐리어 디바이스(232)(예를 들어, 도 1의 캐리어 디바이스(132))의 고유 드레인을 나타내고, 노드(250)는 피킹 디바이스(252)(예를 들어, 도 1의 피킹 디바이스(152))의 고유 드레인을 나타낸다. 커패시터(234)는 캐리어 디바이스(232)의 기생 드레인-소스 분로 커패시턴스를 나타내고, 커패시터(254)는 피킹 디바이스(252)의 기생 드레인-소스 분로 커패시턴스를 나타낸다. 괄호(272)는 캐리어 디바이스 및 피킹 디바이스(232, 252)의 드레인(230, 250)을 상호접속시키는 임피던스 인버터 라인 어셈블리(예를 들어, 도 1, 도 3의 어셈블리(172, 372))를 포함하는 소자를 포함한다. 임피던스 인버터 라인 어셈블리(272)는 직렬로 연결된 복수의 컴포넌트를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(272)의 직렬 연결된 컴포넌트는 피킹 디바이스(252)의 드레인(230)에 연결된 제 1 인덕턴스(261)(예를 들어, 도 3의 와이어 본드 어레이(361)), 노드(273)에서 제 1 인덕턴스(261)에 연결된 제 1 마이크로스트립 전송선(274)(예를 들어, 도 3의 마이크로스트립 전송선(374)), 노드(275)에서 제 1 마이크로스트립 전송선(274)에 연결된 직렬 컴포넌트(예를 들어, 도 3의 컴포넌트(376)), 노드(277)에서 직렬 컴포넌트(276)에 연결된 제 2 마이크로스트립 전송선(278)(예를 들어, 도 3의 마이크로스트립 전송선(378)), 및 노드(279)에서 제 2 마이크로스트립 전송선(278)에 연결되고 피킹 디바이스(252)의 드레인(250)에 또한 연결된 제 2 인덕턴스(263)(예를 들어, 도 3의 와이어본드 어레이(363))를 포함한다. 나중에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 직렬 컴포넌트(276)는 노드(275)에서 제 1 마이크로스트립 전송선(274)에 연결된 제 1 단자 및 노드(277)에서 제 2 마이크로스트립 전송선(277)에 연결된 제 2 단자를 갖는 개별 커패시터(276')를 포함할 수 있다. 대안적으로, 직렬 컴포넌트(276)는 노드(275)에서 제 1 마이크로스트립 전송선(274)에 연결된 제 1 단자, 및 노드(277)에서 제 2 마이크로스트립 전송선(277)에 연결된 제 2 단자를 포함하는 개별 인덕터(276")를 포함할 수 있다. 단일 커패시터(276') 또는 인덕터(276")가 직렬 컴포넌트(276)의 예로서 사용되지만, 다른 실시예들은 용량성 네트워크(예를 들어, 다양한 병렬 및/또는 직렬 배열로 접속된 복수의 커패시터의 네트워크), 유도성 네트워크(예를 들어, 다양한 병렬 및/또는 직렬 배열로 접속된 복수의 인덕터의 네트워크), 또는 유도성/용량성(L/C) 네트워크(예를 들어, 다양한 병렬 및/또는 직렬 배열로 접속된 복수의 인덕터 및 커패시터의 네트워크)를 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 직렬 컴포넌트(276)(또는 도 1 및 도 3 내지 8의 직렬 컴포넌트(176, 376, 876))는 고정 값 컴포넌트 또는 고정 값 컴포넌트 네트워크일 수 있다. 다른 실시예들에서, 직렬 컴포넌트는 일회성으로(예를 들어, 배치 전 시스템 조정 동안) 조정되거나 동작 동안 동적으로 조정될 수 있는 커패시턴스 및/또는 인덕턴스 값(들)을 갖는 가변 컴포넌트 또는 네트워크(예를 들어, 전기적으로 조정가능한 컴포넌트 또는 네트워크)일 수 있다. 예를 들어, 시스템은 RF 신호의 알려지거나 검출된 특성에 기초하여 조정되는 전기적으로 조정 가능한 수동 컴포넌트 또는 네트워크를 갖는 개방 루프 조정 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 시스템은 동작 주파수에 기초하여 직렬 컴포넌트의 값을 조정하도록 구성될 수 있고, 이는 시스템이 상이한 주파수 및 상이한 주파수 대역에서 효과적으로 동작하도록 쉽게 수정되게 할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 시스템은 드라이브 레벨에 기초하여 직렬 컴포넌트의 값을 조정하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 컴포넌트가 드라이브에 대해 동적으로 조정 가능하다). 이러한 실시예들에서, 조정 가능 수동 컴포넌트는 원하는 위상 시프트(예를 들어, 10도, 20도, 30도 등)에 각각 대응하는 복수의 상태 중 임의의 하나로 설정되거나 재설정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 시스템은 피드백 및 제어 루프를 갖는 폐루프 조정 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 증폭기 출력부(예를 들어, 도 3의 출력 정합 구역(305) 내의 컨덕터)에 연결된 전력 검출기 및 전력 검출기에 의해 검출된 반사 전력에 기초하여 직렬 컴포넌트(또는 직렬 컴포넌트 상태)의 값을 조정(예를 들어, 증가 또는 감소)하도록 구성된 제어 컴포넌트를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 표면 장착 컴포넌트는 다양한 실시예들에서 고정 값 커패시터, 고정 값 인덕터, 조정가능 커패시터, 조정가능 인덕터 및 조정가능 수동 컴포넌트 네트워크 중에서 선택될 수도 있다.
임의의 경우에, 도 9의 스미스 차트(900)는 기생 분로 커패시턴스(234, 254) 및 임피던스 인버터 라인 어셈블리(272) 내의 다양한 직렬 소자로 인한 임피던스 이동을 도시하기 위해 제공된다. 보다 구체적으로, 스미스 차트(900)는 캐리어 디바이스(232)의 드레인(230)과 피킹 디바이스(252)의 드레인(250) 사이의 전체 Zmod 변환이 임피던스 인버터 라인 어셈블리(272)의 직렬 컴포넌트(276)의 포함을 통해 한 가지 또는 다른 방식으로 어떻게 조정될 수 있는지 예시하는데 사용된다. 예시적인 스미스 차트(900)는 고유 드레인(230)의 출력이 약 25 옴이고, 고유 드레인(250)의 출력이 약 100 옴인 것으로 가정한다. 당업자는 본 명세서의 설명에 기초하여 상이한 특성의 임피던스를 갖는 시스템에 대해 스미스 차트가 어떻게 수정될 수 있는지 이해할 것이다.
스미스 차트(900)의 지점(901)은 피킹 디바이스(252)의 고유 드레인(250) 쪽으로 향하는 캐리어 디바이스(232)의 고유 드레인(230)에서의 임피던스에 대응한다. 지점(901)에서 시작하여 캐리어 디바이스(232)의 고유 드레인(230)으로부터 피킹 디바이스(252)의 고유 드레인(250)을 향해 이동하면, 캐리어 디바이스(232)의 기생 드레인-소스 분로 커패시턴스(234)는 일정한 컨덕턴스 원을 일반적으로 따라 지점(902)로 하향 이동을 야기한다. 직렬 인덕턴스(261)는 일정한 임피던스 원을 일반적으로 따라 지점(903)(예를 들어, 노드(273)에 대응함)으로 상향 이동을 야기한다. 제 1 마이크로스트립 전송선(274)은 일정한 임피던스 원을 일반적으로 따라 지점(904)(예를 들어, 노드(275)에 대응함)으로 다른 상향 이동을 야기한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 일정한 컨덕턴스 또는 임피던스 원을 "일반적으로 따라"는 스미스 차트상의 그러한 원으로부터 일부 전환이 있을 수 있음을 나타내기 위한 것이다.
스미스 차트(900)에서의 다음 이동은 직렬 컴포넌트(276)의 유형(예를 들어, 용량성, 유도성 또는 둘 모두) 및 직렬 컴포넌트 값(예를 들어, 커패시턴스 값 및/또는 인덕턴스 값)의 크기에 따라 다르다. 직렬 커패시터(276)가 커패시터(276')인 예시적인 실시예로 먼저 시작하면, 직렬 커패시터(276')는 지점(906')(예를 들어, 노드(277)에 대응함)을 향해 일정 컨덕턴스 원(화살표 905'로 표시됨)을 일반적으로 따라 하향 이동을 야기한다. 거기에서부터, 제 2 마이크로스트립 전송선(278)은 일정한 임피던스 원을 일반적으로 따라 지점(907')(예를 들어, 노드(279)에 대응함)으로 또 다른 상향 이동을 야기한다. 그 다음, 직렬 인덕턴스(263)는 일정한 임피던스 원을 일반적으로 따라 지점(908')(예를 들어, 노드(250)에 대응함)으로 또 다른 상향 이동을 야기한다. 마지막으로, 피킹 디바이스(252)의 기생 드레인-소스 분로 커패시턴스(254)는 일정한 컨덕턴스 원을 일반적으로 따라 지점(909')으로 하향 이동을 야기한다. 지점(909')은 부하를 향하는 피킹 디바이스(252)(또는 합산 노드)의 고유 드레인에서의 임피던스를 나타낸다.
지점(904)으로 다시 이동하고, 직렬 컴포넌트(276)가 인덕터(276")인 제 2 예시적인 실시예에 따르면, 직렬 인덕터(276")는 일정한 임피던스 원(예를 들어, 노드(277)에 대응함)을 일반적으로 따라 지점(906")으로 상향 이동을 야기한다. 거기에서부터, 제 2 마이크로스트립 전송선(278)은 일정한 임피던스 원을 일반적으로 따라 지점(907")(예를 들어, 노드(279)에 대응함)으로 또 다른 상향 이동을 야기한다. 그 다음, 직렬 인덕턴스(263)는 일정한 임피던스 원을 일반적으로 따라 지점(908")(예를 들어, 노드(250)에 대응함)으로 또 다른 상향 이동을 야기한다. 마지막으로, 피킹 디바이스(252)의 기생 드레인-소스 분로 커패시턴스(254)는 일정한 컨덕턴스 원을 일반적으로 따라 지점(909")으로 하향 이동을 야기한다.
전반적으로, 캐리어 증폭기(232)에 의해 생성된 증폭된 RF 신호 및 피킹 증폭기(252)에 의해 생성된 증폭된 RF 신호가 결합 노드(예를 들어, 피킹 디바이스(252)의 고유 드레인과 공동 배치됨)에서 동 위상으로 결합하도록 보장하기 위해, 고유 드레인 노드들(230, 250) 사이의 총 전기 길이는 약 90°이어야 한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 직렬 커패시터(276')를 임피던스 인버터 라인 어셈블리(272)에 포함하는 것은, 직렬 인덕터(276")(지점(909")으로 표시됨)를 포함함으로써 야기되는 임피던스와 비교할 때, 피킹 디바이스(252)의 고유 드레인(지점(909')으로 표시됨)에서의 비교적 낮은 임피던스를 야기한다. 또한, 더 작거나 큰 값을 갖는 직렬 커패시터(276') 또는 직렬 인덕터(276")를 포함하는 것은 스미스 차트(900) 상의 지점들(904 및 905 또는 905") 사이의 상대적 이동을 작거나 크게 할 수 있고, 따라서 피킹 디바이스(252)의 고유 드레인에서의 최종 임피던스의 위치를 스큐잉(skew)한다. 이는 직렬 컴포넌트(276)의 유형(예를 들어, 용량성 또는 유도성) 및 값(예를 들어, 크기)의 선택이 피킹 디바이스(252)의 고유 드레인에서(또는 합산 노드에서) 원하는 임피던스를 정확하게 달성하도록 행해질 수 있음을 나타낸다.
캐리어 증폭기 및 피크 증폭기(232, 252)가 동일한 크기인 대칭형 도허티 증폭기에서, 드레인-소스 커패시턴스(234, 254)는 수 피코 패럿(pF)의 범위에서(예를 들어, 각각 약 2.0 pF, 예를 들어, 다양한 조건하에서) 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 통상적으로 설계된 도허티 증폭기에서와 같이 직렬 컴포넌트(276)가 회로 모델로부터 배제되고 단일 마이크로스트립 전송선이 사용된다고 가정하면, 그러한 드레인-소스 커패시턴스는 임피던스 인버터의 허용 가능한 전기적 및 물리적 길이를 상당히 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 전기적 길이는 20도 내지 40도 사이의 값(예를 들어, 30도의 예시 값)과 같이 45도 미만의 값으로 감소할 수 있다. 상대적으로 높은 주파수에서, 이는 디바이스(232, 252)의 드레인 사이의 상호접속을 가능하게하기에는 너무 짧을 수도 있는 매우 짧은 물리적 길이로 변환된다. 다양한 실시예들에 따라 임피던스 인버터 라인 어셈블리(272)에 직렬 컴포넌트(276)를 포함하는 것은, 계속해서 고유 드레인 노드들(230, 250) 사이에 90도의 총 위상 시프트를 유지하면서 마이크로스트립 전송선들(274, 278)의 결합된 전기적 길이(및 물리적 길이)가 상당히 증가하게 한다.
실용적인 회로 구현예에서, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(예를 들어, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(도 1 내지 도 3의 172, 272, 372))에 대한 마이크로스트립 전송선의 전기 길이는 바람직하게는 90도 미만일 수 있는 고정 값, 예컨대, 약 30도 내지 약 70도 범위의 값일 수 있다. 더 높은 주파수에서, 이러한 고정된 전기적 길이는 기판(예를 들어, 마이크로스트립 전송선) 상의 단일 인쇄된 컨덕터로서 구현되는 위상 시프트 및 임피던스 반전 소자를 사용하여 실현하기 어려운 매우 짧은 물리적 길이로 변환할 수 있다. 이는 기판(예를 들어, 도 3의 기판(310)) 중 전형적인 인쇄 회로 기판(PCB) 유형인 경우일 수도 있는, 기판의 유전 상수가 높을 때 특히 적용된다. 직렬 컴포넌트를 갖는 임피던스 인버터 라인 어셈블리의 실시예들의 구현은 마이크로스트립 전송선의 전기적 및 물리적 길이의 증가를 가능하게 함으로써 이러한 문제를 극복할 수 있다. 이는 특히 상대적으로 높은 주파수에서 실제 회로 구현예를 보다 물리적으로 실현 가능하고 조정 가능하게 한다.
도 1의 도허티 증폭기 회로의 물리적 구현의 실시예는 이제 도 3 및 도 4와 함께 설명될 것이다. 보다 구체적으로, 도 3은 예시적인 실시예에 따른 도허티 증폭기 모듈(300)의 평면도이다. 도 3은 라인 4-4에 따른 도 3의 모듈(300)의 일부분의 횡단면 측면도인 도 4와 동시에 살펴봐야 한다. 도허티 증폭기 모듈(300)은 기판(310), 전력 분배기(320)(예를 들어, 도 1의 전력 분배기(120)), 캐리어 증폭기 다이(332)(예를 들어, 도 1의 캐리어 증폭기 다이(132)), 피킹 증폭기 다이(352)(예를 들어, 도 1의 피킹 증폭기 다이(152)), 위상 시프트 및 임피던스 반전 어셈블리(372)(예를 들어, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(도 1 및 2의 172, 272)), 및 아래에서 더 상세히 설명되는 다양한 다른 회로 소자를 포함한다.
도허티 증폭기 모듈(300)은, 예를 들어, 랜드 그리드 어레이(LGA) 모듈로서 구현될 수 있다. 따라서, 기판(310)은 컴포넌트 장착 표면(312) 및 랜드 표면(314)을 갖는다. 컴포넌트 장착 표면(312) 및 그 표면(312)에 장착된 컴포넌트들은 선택적으로 인캡슐런트 물질(encapsulant material)(430)(예를 들어, 플라스틱 인캡슐 런트)로 덮일 수 있다. 다른 실시예에서, 컴포넌트는 장착 표면(312)을 덮는 다양한 구조(미도시)에 의해 정의되는 공기 캐비티 내에 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 특히 소형의 도허티 증폭기를 제공하는 기판(310)은 비교적 작다. 예를 들어, 컴포넌트 장착 표면(312)은 약 5밀리미터(mm) 내지 약 20mm 범위의 폭(도 3에서는 수평 치수) 및 길이(도 3에서 수직 치수)를 가질 수 있지만, 폭 및/또는 길이는 또한 더 작거나 더 클 수도 있다. 특정 실시예에서, 예를 들어, 컴포넌트 장착 표면은 약 10mm의 폭 및 약 6mm의 길이를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판(300)은 유전체 물질에 의해 분리된 복수의 금속층(410, 411, 412, 413, 414, 415)을 갖는 다층 유기 기판(예를 들어, PCB 재료로 형성됨)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하부 금속층(410)은 LGA의 외부 접근 가능한 도전성 랜딩 패드(316, 317, 318, 319)를 제공하는데 이용되고, 여기서 몇몇 예시적인 랜딩 패드(316-319)의 위치는 도 3의 점선 상자로 표시된다. 이러한 랜딩 패드(316-319)(도시되지 않음)는 도허티 증폭기 모듈(300)을 RF 시스템의 다른 부분에 전기 접속을 제공하는 별도의 기판(미도시) 상에 표면 장착하는 것을 가능하게 한다. 모듈(300)이 LGA 모듈로서 도시되지만, 모듈(300)은 대안적으로 핀 그리드 어레이 모듈, 쿼드 플랫 노 리드(quad flat no leads: QFN) 모듈, 또는 다른 유형의 패키지로서 패키징될 수 있다.
기판(310)의 하나 이상의 다른 금속층(예를 들어, 층들(411, 412))은 DC 전압(예를 들어, DC 바이어스 전압)을 전달하고 접지 기준을 제공하는데 사용될 수 있다. 모듈(300)을 통해 RF 및 다른 신호를 전달하기 위해 다른 층들(예를 들어, 층들(413, 414))이 사용될 수 있다. 추가로, 패터닝된 금속층(415)은 기판(310)의 장착 표면(312) 상에 형성될 수 있다. 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 패터닝된 금속층(415)은 장착 표면(312)에 장착될 수 있는 다이 및 다른 컴포넌트에 대한 전기 접속을 가능하게 하는 장착 표면(312) 상의 복수의 도전성 컨택 및 트레이스를 포함할 수 있다. 또한, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)의 하나 이상의 부분은 패턴화된 금속층(415)의 하나 이상의 부분으로부터(또는 하나 이상의 다른 도전층의 부분으로부터) 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)의 마이크로스트립 전송선들(374 및 378)은 패턴화된 금속층(415)의 부분들로부터 형성될 수 있다. 도전성 비아들(예를 들어, 비아들(420, 421))은 금속층들(410 내지 415) 사이에 전기 접속성을 제공한다.
캐리어 증폭기 다이 및 피킹 증폭기 다이(332, 352)의 각각은 동작 동안 상당한 양의 열을 생성할 수 있는 모놀리식 전력 트랜지스터 집적 회로(IC)이다. 또한, 캐리어 증폭기 다이 및 피킹 증폭기 다이(332, 352) 각각은 접지 기준에 대한 액세스를 필요로 한다. 따라서, 일 실시예에서, 기판(310)은 또한 캐리어 증폭기 다이 및 피킹 증폭기 다이(332, 352)가 (예를 들어, 솔더, 브레이징(brazing) 물질, 은 소결체 또는 다른 다이 부착 물질로) 연결되는 복수의 전기 및 열 전도성 트렌치(480)를 포함한다. 트렌치(480)는 캐리어 증폭기 다이 및 피크 증폭기 다이(332, 352)에 대한 히트 싱크 및 접지 기준 액세스를 제공하기 위해 제 1 다이 및 제 2 다이 장착 영역(302, 303)에서 기판 두께를 통해 연장된다. 예를 들어, 도전성 트렌치(480)는 구리 또는 하나 이상의 다른 열 및 전기 전도성 물질로 채워질 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 트렌치(480)는 열 비아를 갖거나 열 싱크 및/또는 전기 접지 기능을 제공하기에 적합한 다른 구조체를 갖는 도전성 슬러그(예를 들어, 구리 슬러그)로 대체될 수 있다.
도 3의 모듈(300)의 평면도를 참조하면, 복수의 비중첩 영역이 기판(310)의 장착 표면(312)에 정의된다. 보다 구체적으로, 비중첩 영역은 입력 신호 및 분배기 영역(301), 제 1 다이 장착 영역(302), 제 2 다이 다이 장착 영역(303), 임피던스 인버터 영역(304) 및 출력 정합 영역(305)을 포함한다. 입력 신호 및 분배기 영역(301) 내에서, 랜드 표면(314)에서 노출된 도전성 랜딩 패드(316)는 기판(310)을 통해 장착 표면(312)에서 도전성 컨택(390)에 전기적으로 연결된다. 랜딩 패드(316) 및 컨택(390)은 이들 사이의 전기 접속과 함께 모듈(300)에 대한 RF 입력 노드(예를 들어, 도 1의 RF 입력 노드(112))로서 기능한다.
전력 분배기(320)는 입력 신호 및 분배기 영역(301) 내의 장착 표면(312)에 연결된다. 전력 분배기(320)는 도 3에 단일 요소로 제시되지만, 실시예에 따르면, 하나 이상의 개별 다이 및/또는 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 전력 분배기는 입력 단자(322)(예를 들어, 도 1의 입력부(122)) 및 2개의 출력 단자(324, 326)(예를 들어, 도 1의 출력부(124, 126))를 포함한다. 입력 단자(322)는 입력 RF 신호를 수신하기 위해 (예를 들어, 도시된 바와 같이, 와이어본드를 통해) 도전성 컨택(390)에 전기적으로 연결된다. 또한, 출력 단자(324, 326)는 장착 표면(312)에서 (예를 들어, 추가적인 와이어 본드를 통해) 도전성 컨택(391, 392)에 전기적으로 연결된다. 전력 분배기(320)는 입력 단자(322)를 통해 수신된 입력 RF 신호의 전력을 출력 단자(324, 326)에서 생성되는 제 1 및 제 2 RF 신호(예를 들어, 캐리어 및 피킹 신호)로 분할하도록 구성된다. 또한, 전력 분배기(320)는 출력 단자들(324, 326)에 제공된 RF 신호들 사이에 약 90도의 위상 시프트 차를 부여하도록 구성된 하나 이상의 위상 시프트 소자들을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전력 분배기(320)는 고정 값의, 수동 컴포넌트로 구성되거나 또는 전력 분배기(320)는 가변 위상 시프터 및/또는 감쇠기를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 RF 신호들은 전술한 바와 같이 균등하거나 균등하지 않은 전력을 가질 수 있다. 출력 단자(324)에서 생성되고 도전성 컨택(391)에 전달되는 제 1 RF 신호는 캐리어 증폭기 경로를 통해 증폭된다. 캐리어 증폭기 경로는 입력 신호 및 분배기 영역(301) 내에 장착된 입력 회로(370)(예를 들어, 도 1의 입력 회로(170)), 제 1 다이 장착 영역(302) 내에 장착된 캐리어 증폭기 다이(332)(예를 들어, 도 1의 다이(132)), 및 임피던스 인버터 영역(304) 내의 기판(310)에 접속된 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)(예를 들어, 도 1의 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172))를 포함한다.
입력 회로(370)는 도전성 컨택(391, 393) 사이에서 전기적으로 접속된다. 세부사항이 도 3에 도시되지는 않았지만, 입력 회로(370)는 제 1 전력 분배기 출력부(324)와 캐리어 다이(332)에 대한 입력 사이에 적절한 임피던스 정합을 제공하도록 구성된 복수의 개별 및/또는 집적 컴포넌트(예를 들어, 인덕터 및 커패시터)를 포함할 수 있다.
도전성 컨택(393)은 캐리어 증폭기 다이(332)에 대한 증폭을 위한 RF 캐리어 신호를 제공하기 위해 캐리어 증폭기 다이(332)의 RF 입력 단자(333)에 (예를 들어, 와이어 본드(360)를 사용하여) 전기적으로 연결된다. 캐리어 증폭기 다이(332)의 도시된 실시예는 2단 증폭기를 채용한다. 보다 구체적으로, 캐리어 증폭기 다이(332)의 전기적 컴포넌트는 RF 입력 단자(333), 통합 입력 정합 네트워크(334), 드라이버 트랜지스터(335), 통합 단간 정합 네트워크(336), 최종 단 트랜지스터(337) 및 RF 출력 단자(338)를 포함한다. 드라이버 및 최종 단 트랜지스터(335, 337)는 입력 및 출력 단자(333, 338) 사이에 직렬로 연결된다. 드라이버 트랜지스터(335)는 캐리어 신호에 비교적 낮은 이득을 적용하도록 구성되고, 최종 단 트랜지스터(337)는 드라이버 트랜지스터(335)에 의한 예비 증폭 후의 캐리어 신호에 비교적 높은 이득을 제공한다. 다른 실시예들에서, 캐리어 증폭기 다이(332)는 단일 단 증폭기를 채용할 수 있거나, 둘 이상의 증폭단을 포함할 수 있다.
트랜지스터(335, 337)의 각각은 전계 효과 트랜지스터(FET)(예컨대, 금속 산화물 반도체 FET(metal oxide semiconductor FET: MOSFET), 횡방향 확산 MOSFET(laterally diffused MOSFET: LDMOS FET), 고 전자 이동도 트랜지스터(high electron mobility transistor: HEMT))일 수 있다. 대안적으로, 트랜지스터들(335, 337) 각각은 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)일 수 있다. FET를 설명하는데 일반적으로 사용되는 "게이트", "드레인" 및 "소스"에 대한 참조는 이들 각각의 지정이 BJT 구현예에 대해 유사한 특징을 가질 때, 제한하고자 하는 의도가 아니다.
다이(332)의 입력 단자(333)는 입력 정합 네트워크(334)를 통해 트랜지스터(335)의 게이트 단자에 전기적으로 연결되고, 트랜지스터(335)의 드레인 단자는 단간 정합 네트워크(336)를 통해 트랜지스터(337)의 게이트 단자에 전기적으로 연결된다. 일 실시예에 따르면, 트랜지스터(337)의 드레인 단자는 출력 단자(338)에 전기적으로 연결된다. 트랜지스터(335, 337)의 소스 단자는 접지 기준에 연결된다. 캐리어 증폭기 다이(332)를 통한 신호 경로는 RF 입력 단자(333)로부터 RF 출력 단자(338)를 향해 화살표(330)로 지시되는 방향에 있다. 증폭된 RF 캐리어 신호는 캐리어 증폭기 다이(332)에 의해 RF 출력 단자(338)에서 생성된다.
일 실시예에 따르면, RF 출력 단자(338)는 와이어 본드(342) 및 트레이스(398)를 통해 트랜지스터(337)의 출력 단자(338)에 DC 바이어스 전압을 제공하기 위해 사용될 수 있는 랜딩 패드(317)에 전기적으로 연결된다. 모듈(300)이 더 큰 RF 시스템에 통합될 때, 랜딩 패드(317)는 RF 시스템의 드레인 바이어스 회로에 연결될 수 있다.
입력 신호 내의 전력 분배기(320) 및 분배기 영역(301)으로 다시 이동하면, 전력 분배기(320)의 출력 단자(326)에서 생성되고 도전성 컨택(392)으로 전달된 제 2 RF 신호(즉, 피킹 신호)는 피킹 증폭기 경로를 통해 증폭된다. 피킹 증폭기 경로는 입력 신호 및 분배기 영역(301) 내의 입력 회로(371), 및 제 2 다이 장착 영역(303) 내에 장착된 피킹 증폭기 다이(352)(예를 들어, 도 1의 다이(152))를 포함한다. 전술한 바와 같이, 전력 분배기(320)는 약 90도의 위상차로 출력 단자(324, 326)에서의 RF 신호에 하나 이상의 위상 시프트를 부여할 수 있다. 따라서, 피킹 다이(352)의 입력 단자(353)에서 수신된 피킹 신호의 위상은 캐리어 다이(332)의 입력 단자(333)에서 수신된 캐리어 신호에 대해 약 90도 만큼 지연될 수 있다.
입력 회로(371)는 도전성 컨택(392, 394) 사이에서 전기적으로 접속된다. 세부사항이 도 3에 도시되지는 않았지만, 입력 회로(371)는 제 2 전력 분배기 출력부(326)와 피킹 다이(352)에 대한 입력부 사이에 적절한 임피던스 정합을 제공하도록 구성된 복수의 개별 및/또는 집적 컴포넌트(예를 들어, 인덕터 및 커패시터)를 포함할 수 있다.
피킹 증폭기 다이(352)에 증폭을 위한 RF 캐리어 신호를 제공하기 위해, 도전성 컨택(394)은 피킹 증폭기 다이(352)의 RF 입력 단자(353)에 (예를 들어, 와이어 본드(366)로) 전기적으로 연결된다. 도시된 피킹 증폭기 다이(352)의 실시예는 또한 2단 증폭기를 포함한다. 보다 구체적으로, 피킹 증폭기 다이(352)의 전기 컴포넌트는 RF 입력 단자(353), 통합 입력 매칭 네트워크(354), 드라이버 트랜지스터(355), 통합 단간 정합 네트워크(356), 최종단 트랜지스터(357), 및 RF 출력 단자(358)를 포함한다. 드라이버 및 최종단 트랜지스터(355, 357)는 입력 및 출력 단자(353, 358) 사이에 직렬로 연결된다. 드라이버 트랜지스터(355)는 피킹 신호에 비교적 낮은 이득을 적용하도록 구성되고, 최종단 트랜지스터(357)는 드라이버 트랜지스터(355)에 의한 예비 증폭 후에 피킹 신호에 대한 상대적으로 높은 이득을 적용하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 피크 증폭기 다이(352)는 단일 단 증폭기를 포함할 수 있거나, 2개 이상의 증폭 단을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 트랜지스터(355, 357)는 FET 또는 BJT일 수 있다.
다이(352)의 입력 단자(353)는 입력 매칭 네트워크(354)를 통해 트랜지스터(355)의 게이트 단자에 전기적으로 연결되고, 트랜지스터(355)의 드레인 단자는 단간 매칭 네트워크(356)를 통해 트랜지스터(357)의 게이트 단자에 전기적으로 연결된다. 일 실시예에 따르면, 트랜지스터(357)의 드레인 단자는 출력 단자(358)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 캐리어 증폭기 다이(352)를 통한 신호 경로는 화살표(350)로 표시되는 방향인 RF 입력 단자(353)로부터 RF 출력 단자(358)를 향하여 연장되는 방향에 있다. 증폭된 RF 피킹 신호는 RF 출력 단자(358)에서 피킹 증폭기 다이(352)에 의해 생성된다.
일 실시예에 따르면, RF 출력 단자(358)는 와이어 본드(346) 및 트레이스(395)를 통해 트랜지스터(357)의 출력 단자(358)에 DC 바이어스 전압을 제공하기 위해 사용될 수 있는 랜딩 패드(318)에 전기적으로 연결된다. 모듈(300)이 더 큰 RF 시스템에 통합될 때, 랜딩 패드(318)는 RF 시스템의 드레인 바이어스 회로에 연결될 수 있다. 전술된 바이어스 회로 접속(예를 들어, 소자들(317, 318, 395, 398)을 포함함) 이외에도, 모듈(300)은 드라이버 및 최종단 트랜지스터(335, 355, 337, 357) 중 일부 또는 전부에 게이트 및 드레인 바이어스 전압을 제공하도록 구성된 추가 바이어스 회로 및/또는 바이어스 회로 접속부를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 바이어스 회로는 무엇보다도 (기판(310)의 랜드 표면(314)에서의) 복수의 랜딩 패드, (기판(310)의 장착 표면(312)에서의) 컨택, 및 다른 도전성 구조체 및 회로를 포함할 수 있다. 트랜지스터(335, 355, 337, 357)의 게이트 및/또는 트레인에 제공된 바이어스 전압은 모듈의 도허티 동작을 가능하게 한다. 예를 들어, 캐리어 증폭기 다이(332)의 트랜지스터(335, 337)는 클래스 AB 모드로 동작하도록 바이어싱될 수 있고, 피킹 증폭기 다이(352)의 트랜지스터(355, 357)는 클래스 C 모드로 동작하도록 바이어싱될 수 있다.
피킹 증폭기 다이(352)를 통한 신호 경로는 화살표(350)로 표시되는 방향인 RF 입력 단자(353)로부터 RF 출력 단자(358)로 연장되는 방향에 있다. 도 3에서 알 수있는 바와 같이, 피킹 증폭기 다이 및 캐리어 증폭기 다이(352, 332)를 통한 신호 경로는 상당히 상이한 방향으로 연장되고, 특히 신호 경로들은 도 3의 실시예에서 직각으로 교차한다.
일 실시예에서, 캐리어 증폭기 다이(332)의 RF 출력 단자(338)는 임피던스 인버터 라인 어셈블리 (372)의 제 1 단부에 전기적으로 연결되고, 피킹 증폭기 다이(352)의 RF 출력 단자(358)는 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)의 제 2 단부에 전기적으로 연결되며, RF 출력 단자(358)는 증폭되고 지연된 캐리어 증폭기 신호가 증폭된 피킹 증폭기 신호와 동 위상으로 결합되는 결합 노드(380)(예를 들어, 도 1의 결합 노드(180))로서 기능을 한다. 모듈(300)의 나머지 출력 컴포넌트가 이제 논의될 것이고, 그 다음에 임피던스 인버터 라인 어셈블리의 다양한 실시예에 대한 보다 상세한 설명이 이어진다.
일 실시예에 따르면, RF 출력 단자(358)(또는 결합 노드(380))는 장착 표면(312)에서 도전성 출력 트레이스(396, 397)를 통해 모듈(300)의 출력부에 전기적으로 연결된다. 보다 구체적으로, RF 출력 단자(358)는 와이어본드 어레이(364)를 사용하여 출력 트레이스(396)에 접속된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 와이어 본드 어레이(364)의 와이어본드는 피킹 증폭기 다이(352)를 통한 RF 신호 경로와 동일한 방향으로(예를 들어, 화살표(350)로 표시된 방향으로) 정렬된다. 일 실시예에서, 와이어본드 어레이(363, 364)는 다이(352)의 인접한 측면에서 서로에 대하여 수직으로 배치되고, 와이어본드 어레이(346, 364)는 다이(352)의 인접한 측면에서 서로에 대해 수직으로 또한 배치되며, 와이어본드 어레이(363, 346)는 피킹 증폭기 다이(352)의 대향 측면에서 서로에 대해 병렬로 배치된다. 따라서, 와이어본드 어레이(363, 364) 및 와이어본드 어레이(346, 364)가 비교적 함께 가까이 위치할 수 있다 하더라도, 이들의 수직 배향은 와이어본드 어레이(346, 363, 364)를 통해 전달되는 RF 신호의 커플링을 상당히 감소시킬 수 있다.
출력 임피던스 정합 네트워크(384) 및/또는 디커플링 커패시터(386)는 일 실시예에서 출력 트레이스(396, 397)를 따라 연결될 수 있다. 출력 임피던스 정합 네트워크(384)는 적절한 부하 임피던스를 결합 노드(380)에 제공하는 기능을 한다. 세부사항이 도 3에 도시되지는 않았지만, 출력 임피던스 정합 네트워크(384)는 원하는 임피던스 정합을 제공하기 위해 다양한 개별 및/또는 통합 컴포넌트(예를 들어, 커패시터, 인덕터 및/또는 저항)를 포함할 수 있다. 출력 임피던스 정합 네트워크(384) 및 디커플링 커패시터(396)는 트레이스(397) 및 기판(310)을 통해 랜드 표면(314)에서 노출된 도전성 랜딩 패드(319)에 전기적으로 연결된다. 랜딩 패드(319)는 모듈(300)을 위한 RF 출력 노드(예를 들어, 도 1의 RF 출력 노드(114))로서 기능을 한다.
일 실시예에 따르면, RF 출력 단자(338, 358)의 구성을 제외하고, 피킹 증폭기 다이(352)는 캐리어 증폭기 다이(332)와 구조적으로 동일할 수 있는데, 이는 2개의 다이(332, 352)가 동일한 구조 및 동일한 방식으로 배치되고 상호접속된 전기 소자를 포함한다는 것을 의미한다. 또 다른 실시예에 따르면, 피크 증폭기 다이(352) 및 캐리어 증폭기 다이(332)는 크기가 동일하여, 도허티 증폭기 모듈(300)을 대칭 도허티 증폭기로 만든다. 대안적인 실시예에서, 피크 증폭기 다이(352) 및 캐리어 증폭기 다이(332)는 상이한 크기를 가질 수 있어서, 도허티 증폭기 모듈(300)을 비대칭 도허티 증폭기로 만든다. 예를 들어, 피크 증폭기 다이(352)는 비율(예를 들어, 1.6:1, 2:1 또는 일부 다른 비율)로 캐리어 증폭기 다이(332)보다 클 수 있다.
어느 쪽이든, 각각의 다이(332, 352)는 평행한 제 1 측면 및 제 2 측면, 제 1 측면 및 제 2 측면 사이에서 연장되는 평행한 제 3 측면 및 제 4 측면을 갖는 직사각형 형상이다. 각각의 다이(332, 352)에서, RF 입력 단자(333, 353)는 다이의 제 1 측면에 인접하고, RF 출력 단자(338, 358)의 부분들은 다이의 제 2 측면에 인접할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 다이(332, 352)의 제 1 측면들은 입력 신호 및 분배기 영역(301)을 향하여 배향되고, 다이(332, 352)의 제 1 측면들은 서로에 대하여 수직으로 배치된다. 다시 말해, 구조적으로 동일한 캐리어 및 피킹 증폭기 다이(332, 352)는 다이(332, 352)가 서로 수직이 되도록 기판(310)의 장착 표면(312)에 연결되고, 이는 다이(332), 352)를 통과하는 RF 신호 경로가 또한 서로 수직이도록 만든다. 다이(332, 352)가 비교적 가깝게 함께 위치할 수도 있지만, 이들의 수직 배향은 다이(332, 352)를 통해 전달되고 증폭되는 신호들 사이의 커플링을 상당히 감소시킬 수 있다.
임피던스 인버터 라인 어셈블리(예컨대, 도 1, 2의 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172, 272))의 다양한 실시예가 도 5 내지 도 8과 함께 상세히 설명될 것이다. 먼저, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)의 확대도인 도 5로 시작하면, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)의 실시예는 2개의 개별 마이크로스트립 전송선(374, 378)(예를 들어, 도 1, 2의 라인 174, 178, 274, 278), 직렬 컴포넌트(376)(예를 들어, 도 1, 2의 176, 276, 276', 276"), 캐리어 증폭기 다이 및 피킹 증폭기 다이(332, 352)의 출력부들 사이의 전기 접속부(361, 363)(예를 들어, 도 1, 2의 접속부(161, 163, 261, 263)) 및 마이크로스트립 전송선(374, 378)을 포함한다. 도시된 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)의 제 1 단부(502)는 트랜지스터(337)의 출력 단자(338)에 접속된 접속부(361)의 단부이고, 도시된 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)의 제 2 단부(504)는 트랜지스터(357)의 출력 단자(358)에 접속된 접속부(363)의 단부이다. 일 실시예에서, 다이(332)의 RF 출력 단자(338)는 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)의 제 1 단부(502)(즉, 접속부(361)의 단부)에 전기적으로 연결되고, 다이(352)의 RF 출력 단자(358)는 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)의 제 2 단부(504)(즉, 접속부(363)의 단부)에 전기적으로 연결된다.
단부(502)에서 시작하여 단부(504)로 진행하여, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)는 보다 구체적으로 RF 출력 단자(338)에 접속된 제 1 단부와, 제 1 마이크로스트립 전송선(374)에 접속된 제 2 단부를 포함하는 제 1 접속부(361)를 포함한다. 제 1 마이크로스트립 전송선(374)은 제 1 접속부(361)에 접속된 제 1 단부와, 직렬 컴포넌트(376)에 접속된 제 2 단부를 갖는다. 직렬 컴포넌트(376)는 제 1 마이크로스트립 전송선(374)에 접속된 제 1 단자(575)와, 제 2 마이크로스트립 전송선(378)에 접속된 제 2 단자(577)를 갖는다. 제 2 마이크로스트립 전송선(378)은 직렬 컴포넌트(376)에 접속된 제 1 단부와, 제 2 접속부(363)에 접속된 제 2 단부를 갖는다. 제 2 접속부(363)는 제 2 마이크로스트립 전송선(378)에 접속된 제 1 단부와, RF 출력 단자(358)에 접속된 제 2 단부를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 전기 접속부(361, 363)는 제 1 및 제 2 와이어본드 어레이의 형태로 구현되고, 전기 접속부(361, 363)는 본 명세서에서 와이어본드 어레이(361, 363)로 지칭될 수 있다. 제 1 및 제 2 와이어 본드 어레이의 각각은, 예를 들어, 복수의 평행하고 가까이 이격된 와이어본드를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 접속부(361, 363)는 트랜지스터(337, 357)의 드레인 단자로부터 다이(332, 352)의 하부 표면에 노출된 도전성 패드로 연장되는 도전성 구조(예를 들어, 기판 비아를 포함함)로 구현될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 다이(332, 352)는 그 상부 표면에 도전성 패드를 갖는 "플립 칩" 다이일 수 있고, 다이 상부 표면은 기판(310)의 상부 표면(312)에 직접 접속됨으로써 다이 상부 표면에서의 도전성 패드가 기판(310)의 상부 표면(312) 상의 대응하는 패드에 직접 접속될 수 있다.
도 3 및 도 5 둘 모두를 참조하고, 일 실시예에 따르면, 캐리어 증폭기 다이(332)의 RF 출력 단자(338)는 와이어본드(361)가 캐리어 증폭기 다이(332)를 통과하는 신호 경로의 방향으로부터 각지게 오프셋하는 방향으로 연장되도록(예를 들어, 와이어본드(361)는 화살표(350)로 표시된 방향으로 연장될 수 있음) 와이어본드(361)로 하여금 제 1 패드에 접속되게 하도록 구성되는 기다란 제 1 패드를 포함한다. 또한, RF 출력 단자(338)는 와이어본드(342)가 캐리어 증폭기 다이(332)를 통과하는 신호 경로의 방향에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되도록(즉, 와이어본드(342)가 화살표(330)로 표시된 방향으로 연장될 수 있음) 드레인 바이어스 접속부에 대응하는 와이어본드(342)로 하여금 제 2 패드에 접속되게 하도록 구성된 기다란 제 2 패드를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 와이어본드 어레이(342, 361)는 서로에 대해 수직으로 배치된다.
또한, 피킹 증폭기 다이(352)의 RF 출력 단자(358)는 와이어본드(364)가 캐리어 증폭기 다이(352)를 통과하는 신호 경로의 방향에 평행인 방향으로 연장되도록(예를 들어, 와이어본드(364)는 화살표(350)으로 표시된 방향으로 연장될 수 있음) 와이어본드(364)로 하여금 제 1 패드에 접속되게 하도록 구성된 기다란 제 1 패드를 포함한다. 또한, RF 출력 단자(358)는 와이어본드가 피킹 증폭기 다이(352)를 통과하는 신호 경로의 방향으로부터 각지게 오프셋되는(예를 들어, 직교하는) 방향으로 연장되도록(예를 들어, 와이어본드(363)가 화살표(330)로 표시된 방향으로 연장될 수 있음) 와이어본드 어레이(363)의 와이어본드로 하여금 제 2 패드에 접속되게 하도록 구성된 기다란 제 2 패드를 포함한다. 또한, RF 출력 단자(358)는 와이어본드(346)가 피킹 증폭기 다이(332)를 통과하는 신호 경로의 방향에 실질적으로 수직하는 방향으로 연장되도록(즉, 와이어본드(346)가 화살표(330)로 표시된 방향으로부터 180도 오프셋되는 방향으로 연장될 수 있음) 드레인 바이어스 접속부에 대응하는 와이어본드(346)로 하여금 제 3 패드에 접속되게 하도록 구성된 기다란 제 3 패드를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 마이크로스트립 전송선들(374, 378) 각각은 패터닝된 도전층의 부분으로서 구현될 수 있다. 다른 실시예들에서, 각각의 마이크로스트립 전송선(374, 378)은 하나 이상의 패터닝된 도전층, 도전성 비아 등 중 일부를 포함하는 구조와 같이 보다 복잡한 도전성 구조를 사용하여 구현될 수 있다. 임의의 경우에, 일 실시예에서, 마이크로스트립 전송선(374)의 제 1 단부는 와이어본드 접속을 호스팅하는데 적합하고, 마이크로스트립 전송선(374)의 제 2 단부는 도전성 본딩 패드(574)를 포함한다. 유사하게, 일 실시예에서, 마이크로스트립 전송선(378)의 제 1 단부는 도전성 본딩 패드(578)를 포함하고, 마이크로스트립 전송선(378)의 제 2 단부는 와이어본드 접속을 호스팅하기에 적합하다. 제 1 및 제 2 마이크로스트립 전송선(374, 378)의 도전성 본딩 패드(574, 578) 사이에는 도전성 물질 갭(576)이 형성되고, 갭(576)의 폭은 직렬 컴포넌트(376)의 단자들(575, 577) 사이의 거리와 거의 같을 수 있다.
마이크로스트립 전송선들(374, 378) 각각은 이들의 물리적 길이 및 다른 선 특성과 관련된 전기적 길이를 갖는다. 임피던스 인버터 라인 어셈블리(172)가 90-0 도허티 증폭기에 구현되는 실시예에서, 마이크로스트립 전송선들(374, 378) 둘 모두의 총 전기적 길이는 λ/4 미만(즉, 90도 미만)이고, 바람직하게는 약 30도 내지 약 70도 범위에 있다.
도 5의 실시예에서, 마이크로스트립 전송선(374, 378)은 이들의 단부들 사이에서 대략 동일한 물리적 길이를 갖고, 따라서 대략 동일한 전기적 길이를 가질 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 마이크로스트립 전송선은 다른 물리적 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 6은 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)에 대한 모듈(300)에서 대체될 수 있는 임피던스 인버터 라인 어셈블리(672)의 대안적인 실시예의 확대도를 도시한다. 인버터 라인 어셈블리(372)와 유사하게, 인버터 라인 어셈블리(672)는 갭(676)에 의해 분리된 2개의 개별 마이크로스트립 전송선(674, 678)(예를 들어, 도 1, 2의 라인(174, 178, 274, 278)), 직렬 컴포넌트(376)(예를 들어, 도 1, 2의 직렬 컴포넌트(176, 276, 276', 276")), 및 캐리어 및 피킹 증폭기 다이(332, 352)의 출력부들 사이의 전기 접속부(361, 363)(예를 들어, 도 1, 2의 접속부(161, 163, 261, 263)) 및 마이크로스트립 전송선(674, 678)을 포함한다. 인버터 라인 어셈블리(372)와 대조적으로, 도 6의 제 1 마이크로스트립 전송선(674)의 물리적 및 전기적 길이는, 도 5의 제 1 마이크로스트립 전송선(374)의 물리적 및 전기적 길이보다 상당히 짧다. 따라서, 제 1 마이크로스트립 전송선(674)은 스미스 차트에서 제 1 마이크로스트립 전송선(374)보다 상당히 적은 이동을 생성할 것이다. 또한, 도 6의 제 2 마이크로스트립 전송선(678)의 물리적 및 전기적 길이는 스미스 차트에서 제 2 마이크로스트립 전송선(378)보다 상당히 적은 이동을 생성할 것이다. 따라서, 제 2 마이크로스트립 전송선(678)은 제 2 마이크로스트립 전송선(378)보다 스미스 차트에서 상당히 많은 이동을 생성할 것이다. 도시되지는 않았지만, 제 1 마이크로스트립 전송선(674)은 완전히 제외될 수 있고, 증폭기 출력부(예를 들어, 도 3의 출력부(338))는 직렬 컴포넌트(376)의 제 1 단자(575)에 접속부(361)를 갖거나 갖지 않고 직접 연결될 수 있다. 이러한 실시예에서, 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 단지 하나의 마이크로스트립 전송선을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 도 7은 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)에 대한 모듈 (300)에서 대체될 수 있는 임피던스 인버터 라인 어셈블리(772)의 다른 실시예의 확대도를 도시한다. 인버터 라인 어셈블리(372)와 유사하게, 인버터 라인 어셈블리(772)는 갭(776)에 의해 분리된 2개의 개별 마이크로스트립 전송선(774, 778)(예를 들어, 도 1, 2의 라인(174, 178, 274, 278)), 직렬 컴포넌트(376)(예를 들어, 직렬 컴포넌트 도 1, 2의 직렬 컴포넌트(176, 276, 276', 276")), 캐리어 증푹기 다이와 피킹 증폭기 다이(332, 352)의 출력부들 사이의 전기 접속부(361, 363)(예를 들어, 도 1, 2의 접속부(161, 163, 261, 263)) 및 마이크로스트립 전송선(774, 778)을 포함한다. 인버터 라인 어셈블리(372)와 대조적으로, 도 7의 제 1 마이크로스트립 전송선(774)의 물리적 및 전기적 길이는, 도 7의 제 1 마이크로스트립 전송선 (374)의 물리적 및 전기적 길이는 도 5의 제 1 마이크로스트립 전송선(374)의 물리적 및 전기적 길이보다 상당히 길다. 따라서, 제 1 마이크로스트립 전송선(774)은 스미스 차트에서 제 1 마이크로스트립 전송선(374)보다 상당히 많은 이동을 생성할 것이다. 또한, 도 7의 제 2 마이크로스트립 전송선(778)의 물리적 및 전기적 길이는 도 5의 제 2 마이크로스트립 전송선(378)의 물리적 및 전기적 길이보다 상당히 짧다. 따라서, 제 2 마이크로스트립 전송선(778)은 제 2 마이크로스트립 전송선(378)보다 스미스 차트에서 상당히 적은 이동을 생성할 것이다. 도시되지는 않았지만, 제 2 마이크로스트립 전송선(778)은 완전히 제외될 수 있고, 증폭기 출력부(예를 들어, 도 3의 출력부(358))는 접속부(363)를 갖거나 갖지 않고 직렬 컴포넌트(376)의 제 2 단자(577)에 직접 연결될 수 있다. 또한, 이러한 실시예에서, 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 단지 하나의 마이크로스트립 전송선을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 직렬 컴포넌트(376)는 솔더, 도전성 접착제, 또는 다른 적합한 부착 수단을 사용하여 도전성 본딩 패드(예를 들어, 본딩 패드(574, 578))에 물리적 및 전기적으로 접속되도록 구성된 제 1 단자 및 제 2 단자(575, 577)를 갖는 표면 장착 컴포넌트일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "표면 장착 컴포넌트"라는 용어는 적어도 하나의 입력 단자 및 적어도 하나의 출력 단자를 갖는 패키징된 전기 디바이스를 의미하며, 이는 기판의 표면에 물리적으로 부착되고, 입력 및 출력 단자를 통해 기판의 도전성 특징에 전기적으로 부착된다. 일부 실시예들에서, 직렬 컴포넌트(376)는 단일 수동 디바이스(예를 들어, 단일 커패시터, 인덕터 또는 저항기)를 포함하는 표면 장착 컴포넌트일 수 있지만, 다른 실시예들에서는 직렬 컴포넌트(376)가 다중 수동 디바이스를 갖는 회로를 포함하는 표면 장착 컴포넌트일 수도 있다. 직렬 컴포넌트(376)는 수동 디바이스(들)가 연결되는 개별 기판(예를 들어, PCB)을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 또한, 단자(예를 들어, 단자(575, 577))는 직렬 컴포넌트(376)의 하부 표면에서 노출되거나 노출되지 않을 수 있다. 단자가 직렬 컴포넌트(376)의 하부 표면에 노출되는 실시예들에서, 단자(및 컴포넌트(376))는 솔더, 도전성 접착제, 또는 다른 적합한 수단을 사용하여 마이크로스트립 전송선(374, 378)에 직접 물리적으로 및 전기적으로 부착될 수 있다. 단자가 직렬 컴포넌트(376)의 상부 표면에만 대신 노출되는 대안적인 실시예에서, 단자는 추가적인 와이어본드 또는 다른 전기 접속부를 사용하여 마이크로스트립 전송선에 전기적으로 부착될 수 있다.
예를 들어, 직렬 컴포넌트(376)는 MOSCAP(금속 산화물 반도체 커패시터), 집적 수동 디바이스(예를 들어, 반도체 회로에 집적된 커패시터), 또는 다른 유형의 표면 장착 커패시터와 같은 표면 장착 커패시터(예를 들어, 도 2의 커패시터(276'))일 수 있다. 대안적으로, 직렬 컴포넌트(376)는 세라믹 코어 인덕터, 공기 코어 인덕터, 집적 수동 디바이스(예를 들어, 반도체 기판에 집적된 나선형(spiral) 인덕터), 또는 다른 타입의 표면 장착 인덕터와 같은 표면 장착 인덕터(예를 들어, 도 2의 인덕터(276"))일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 직렬 컴포넌트(376)는 표면 장착 컴포넌트로 또한 고려될 수 있는 개별 기판에 연결된 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8은 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372)를 위해 모듈(300)에서 대체될 수 있는 임피던스 인버터 라인 어셈블리(872)의 다른 실시예의 확대도를 도시한다. 인버터 라인 어셈블리(372)와 유사하게, 인버터 라인 어셈블리(872)는 갭(880)에 의해 분리된 2개의 개별 마이크로스트립 전송선(874, 878)(예를 들어, 도 1, 2의 라인(174, 178, 274, 278)), 직렬 컴포넌트(876)(예를 들어, 도 1, 2의 직렬 컴포넌트(176, 276, 276', 276"), 캐리어 증폭기 다이 및 피킹 증폭기 다이(332, 352)의 출력부들 사이의 전기 접속부((361, 363)(예를 들어, 도 1, 도 2의 접속부(161, 163, 261, 263)) 및 마이크로스트립 전송선(874, 878)을 포함한다. 인버터 라인 어셈블리(372)와 대조적으로, 직렬 컴포넌트(876)는 기판(892)의 상부 표면에 연결된 수동 전기 컴포넌트(892)을 갖는 소형 기판(890)을 포함한다. 예시된 실시예에서, 전기 컴포넌트(892)는 유도성 소자에 대응하는 인쇄된 도전성 트레이스이다. 다른 실시예들에서, 하나 이상의 다른 전기 컴포넌트는 이산 또는 집적 커패시터, 이산 또는 집적 인덕터, 또는 복수의 커패시터 및/또는 인덕터를 포함하는 회로를 포함하나 이로 한정되지 않는 기판(890)에 연결되거나 기판 내에 집적될 수 있다. 어느 경우든, 전기 컴포넌트(들)(892)는, 예를 들어, 기판(890)을 통과하는 도전성 비아들(875, 877)을 사용하여 제 1 및 제 2 마이크로스트립 전송선(874, 878)에 전기적으로 접속될 수 있다. 대안적으로, 전기 컴포넌트(들)(892)는 와이어본드를 사용하여 제 1 및 제 2 마이크로스트립 전송선(874, 878)에 전기적으로 접속될 수 있거나, 직렬 컴포넌트(876)는 플립 칩 유형의 컴포넌트일 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 마이크로스트립 전송선들(874 또는 878) 중 하나는 제외될 수 있고, 직렬 컴포넌트의 전기 컴포넌트(들)는 접속부(361 또는 363)을 갖거나 갖지 않고 증폭기 출력부(예를 들어, 도 3의 출력부(338 또는 358))에 직접 연결될 수 있다. 또한, 이러한 실시 예에서, 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 단지 하나의 마이크로스트립 전송선을 포함할 수 있다.
도 2 및 9와 관련하여 상세히 설명된 바와 같이, 컴포넌트의 유형(예를 들어, 용량성, 유도성 또는 이들의 결합) 및 직렬 컴포넌트 커패시턴스 및/또는 인덕턴스 값의 크기는 직렬 컴포넌트(376)가 야기할 수 있는 스미스 차트 상의 이동을 정의한다. 직렬 컴포넌트(376)가 커패시터(예를 들어, 커패시터(276'))인 일 실시예에서, 직렬 컴포넌트는 약 3.0 피코패럿(pF) 내지 약 33pF 범위의 커패시턴스 값을 가질 수 있지만, 커패시턴스의 값은 또한 더 낮거나 높을 수도 있다. 직렬 컴포넌트(376)가 인덕터(예컨대, 인덕터(276"))인 실시예에서, 직렬 컴포넌트는 약 0.3 나도헨리(nH) 내지 약 4.4nH 범위의 인덕턴스 값을 가질 수 있지만, 인덕턴스 값은 더 낮거나 더 높을 수도 있다.
도 5 내지 도 8의 실시예들 각각에서, 임피던스 인버터 라인 어셈블리(372, 672, 772, 872)는 단일 직렬 컴포넌트(376, 876)를 포함한다. 대안적인 실시예들에서, 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 복수의 직렬 컴포넌트를 포함할 수 있고, 이들의 유형 및 값은 스미스 차트 상에서 원하는 이동 범위를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 임피던스 인버터 라인 어셈블리의 대안적인 실시예는 2개의 직렬 컴포넌트 및 3개의 마이크로스트립 전송선을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 1 커넥터(예를 들어, 커넥터(361))는 제 1 증폭기 출력부와 제 1 마이크로스트립 전송선 사이에 접속될 수 있고, 제 1 직렬 컴포넌트는 제 1 마이크로스트립 전송선과 제 2 마이크로스트립 전송선 사이에 접속될 수 있으며, 제 2 직렬 컴포넌트는 제 2 마이크로스트립 전송선과 제 3 마이크로스트립 전송선 사이에 접속될 수 있고, 제 3 마이크로스트립 전송선은 제 2 커넥터(예를 들어, 커넥터(363))를 통해 제 2 증폭기 출력부에 접속될 수 있다. 3개 이상의 직렬 컴포넌트를 수용하기 위해 유사한 수정을 이뤄질 수 있다.
전술한 실시예들은 캐리어 증폭기 및 하나의 피킹 증폭기를 포함하는 양방향 도허티 전력 증폭기 구현예를 포함한다. 다른 실시예들에 따르면, 도허티 전력 증폭기는 하나 이상의 피킹 증폭기를 포함할 수 있거나, 모듈(300)은 도허티 증폭기와 다른 유형의 증폭기를 구현하도록 수정될 수 있다. 다시 말해, 직렬 컴포넌트(들)를 갖는 임피던스 인버터 라인 어셈블리를 포함하도록 구성된 모듈은 본 명세서에서 예시되고 설명된 것과 다른 증폭기 구성에 활용될 수도 있다.
본 발명의 대상의 범위를 벗어나지 않으면서 모듈(300)에 다양한 수정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 기판(310)이 5개의 금속층(410-414)을 포함하는 것으로 도시되지만, 더 많거나 적은 금속층을 포함하는 기판이 대안적으로 사용될 수도 있다. 또한, 세라믹 기판 또는 다른 유형의 기판을 포함하는 다른 유형의 기판이 대안적으로 사용될 수 있다. 또한, 다른 실시예들은 플립 칩으로 구성된 전력 분배기 및/또는 증폭기 다이를 포함할 수 있다. 또한, 캐리어 증폭기 다이 및 피킹 증폭기 다이(332, 352) 각각은 단일단 증폭기를 포함할 수 있거나, 2개의 개별 증폭기 다이(하나의 드라이버 증폭기 다이 및 하나의 최종단 증폭기 다이)가 각각의 경로(330, 350)를 따라 구현될 수 있다.
또한, 도 10은 예시적인 실시예에 따라, 도허티 증폭기 모듈(예를 들어, 도 3의 도허티 증폭기 모듈(300))을 제조하는 방법의 흐름도이다. 이 방법은 블록(1002)에서, 후속하여 부착되는 개별 다이 및 컴포넌트에 원하는 전기 접속성을 제공하도록 배열된 복수의 도전성 피쳐(예를 들어, 랜딩 패드, 컨택, 도전성 트레이스 및 도전성 비아)를 포함하는 기판(예를 들어, 도 3의 기판(310))을 제조함으로써 시작한다. 전술한 바와 같이, 기판의 장착 표면(예를 들어, 도 3의 표면(312))에 복수의 비중첩 영역(예를 들어, 도 3의 영역(301-305))이 정의될 수 있다. 다이 장착 영역(예를 들어, 도 3의 영역(302, 303)) 내에서, 기판은 도전성 열 싱크 피쳐(예를 들어, 도 4의 도전성 트렌치(480))를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 기판은 앞에서 상세히 설명한 바와 같이 구성된 물리적 및 전기적 길이를 갖는 하나 이상의 마이크로스트립 전송선 소자(예를 들어, 도 3의 마이크로스트립 전송선(374, 378))을 포함할 수 있다.
블록(1004)에서, 제 1 및 제 2 증폭기 다이(예를 들어, 도 3의 캐리어 및 피킹 증폭기 다이(332, 352))가 다이 장착 영역 내의 기판의 장착 표면에 부착된다. 전술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 증폭기 다이는 다이를 통과하는 RF 신호 경로가 실질적으로 상이한 방향으로(또는 각지게 분리되어) 배향되도록 부착될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 증폭기 다이는 다이 및 다이를 통과하는 RF 신호 경로가 서로에 대해 실질적으로 수직이 되도록 기판에 부착될 수 있다. 또한, 하나 이상의 직렬 컴포넌트(에를 들어, 도 3, 5 내지 7의 직렬 컴포넌트(376,876))는 임피던스 인버터 영역(예를 들어, 도 3의 영역(304)) 내의 임피던스 인버터 라인 어셈블리(예를 들어, 도 1 내지 8의 어셈블리(172, 272, 372, 672, 772, 872))의 마이크로스트립 전송선 소자(들)에 부착된다. 추가의 개별 컴포넌트가 또한 기판의 장착 표면에 부착될 수 있다.
블록(1006)에서, 다양한 다이, 마이크로스트립 라인, 및 컴포넌트는 추가 커넥터(예를 들어, 도 3의 와이어본드(360, 342, 346, 364, 361, 363, 366)) 및/또는 기타 도전성 연결 수단을 사용하여 전기적으로 접속된다. 마지막으로, 블록(1008)에서, 모듈의 완성을 위해 기판의 장착 표면 위에 놓인 다양한 다이 및 컴포넌트가 (예를 들어, 도 4의 인캡슐런트 물질(430)을 사용하여) 인캡슐레이팅되거나, 아니면 (예를 들어, 공기 캐비티 패키지 구성 내에) 달리 포함되어 모듈을 완성한다.
다중 경로 증폭기의 실시예는 제 1 출력 단자를 갖는 제 1 증폭기, 제 2 출력 단자를 갖는 제 2 증폭기, 및 제 1 출력 단자와 제 2 출력 단자 사이에 전기적으로 접속된 임피던스 인버터 라인 어셈블리를 포함한다. 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 제 1 전송선 및 제 1 출력 단자와 제 2 출력 단자 사이에 직렬로 연결된 표면 장착 컴포넌트를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 표면 장착 컴포넌트는 고정 값 커패시터, 고정 값 인덕터, 조정가능 커패시터, 조정가능 인덕터 및 조정가능 수동 컴포넌트 네트워크로부터 선택된다.
증폭기의 또 다른 실시예는 장착 표면을 갖는 제 1 기판, 임피던스 인버터 라인 어셈블리, 및 장착 표면에 연결된 제 1 및 제 2 전력 트랜지스터 다이를 포함한다. 제 1 전력 트랜지스터 다이는 제 1 전력 트랜지스터 다이 내에 집적된 제 1 트랜지스터를 포함하고, 제 1 트랜지스터는 제 1 드레인 단자를 포함한다. 제 2 전력 트랜지스터 다이는 제 2 전력 트랜지스터 다이 내에 집적된 제 2 트랜지스터를 포함하고, 제 2 트랜지스터는 제 2 드레인 단자를 포함한다. 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 제 1 출력 단자와 제 2 출력 단자 사이에 전기적으로 접속되고, 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 제 1 전송선 및 제 1 출력 단자와 제 2 출력 단자 사이에 직렬로 접속된 표면 장착 컴포넌트를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 표면 장착 컴포넌트는 고정 값 커패시터, 고정 값 인덕터, 조정가능 커패시터, 조정가능 인덕터 및 조정가능 수동 컴포넌트 네트워크 중에서 선택된다. 도허티 증폭기의 적어도 일부를 하우징하는 모듈의 일 실시예는 장착 표면을 갖는 제 1 기판, 임피던스 인버터 라인 어셈블리, 및 장착 표면에 접속된 캐리어 증폭기 다이 및 피킹 증폭기 다이를 포함한다. 캐리어 증폭기 다이는 캐리어 증폭기 다이 내에 집적된 제 1 트랜지스터를 포함하고, 제 1 트랜지스터는 제 1 드레인 단자를 포함한다. 피킹 증폭기 다이는 피킹 증폭기 다이 내에 집적된 제 2 트랜지스터를 포함하고, 제 2 트랜지스터는 제 2 드레인 단자를 포함한다.
임피던스 인버터 라인 어셈블리는 제 1 출력 단자와 제 2 출력 단자 사이에서 전기적으로 접속되고, 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 장착 표면에 접속된 제 1 전송선 및 제 1 출력 단자와 제 2 출력 단자 사이에 직렬로 장착 표면에 접속된 표면 장착 컴포넌트를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 표면 장착 컴포넌트는 고정 값 커패시터, 고정 값 인덕터, 조정가능 커패시터, 조정가능 인덕터 및 조정가능 수동 컴포넌트 네트워크 중에서 선택된다.
앞의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며 발명의 대상 또는 응용의 실시예들 및 그러한 실시예들의 사용을 제한하지 않는다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "예시적인"이라는 단어는 "예, 경우, 또는 예시로서 역할을 함"을 의미한다. 예시로서 본 명세서에 설명된 모든 구현예들은 반드시 다른 구현예들보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되지 않아야 한다. 더욱이, 선행 기술 분야, 배경, 또는 상세한 설명에 제시된 모든 명시적 또는 묵시적 이론에 의해 속박될 의도는 없다.
본 명세서에 포함된 다양한 도면에 도시된 접속 라인은 다양한 소자들 사이의 예시적인 기능적 관계 및/또는 물리적 연결을 나타내기 위한 것이다. 많은 대안적이거나 추가적인 기능적 관계 또는 물리적 접속이 발명의 대상의 실시예에 존재할 수 있다는 점을 유념한다. 또한, 특정 용어는 참고용일 뿐이며, 따라서 제한하려는 의도가 아니고, "제 1", "제 2" 및 구조를 언급하는 다른 그러한 수치적 용어는 문맥에 명확히 표시되지 않는 한 차례 또는 순서를 의미하지 않는다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "노드"는 주어진 신호, 논리 레벨, 전압, 데이터 패턴, 전류, 또는 양이 제시되는 임의의 내부 또는 외부 기준점, 접속점, 접합부, 신호선, 도전성 요소 등을 의미한다. 또한, 둘 이상의 노드는 하나의 물리적 요소에 의해 실현될 수 있다(그리고 둘 이상의 신호는 공통 노드에서 수신되거나 출력되더라도 멀티플렉싱, 변조 또는 다른 방식으로 구별될 수 있다).
전술한 설명은 함께 "접속된" 또는 "연결된" 요소 또는 노드 또는 특징을 지칭한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "접속된"은 하나의 요소가 다른 요소에 직접적으로 결합되고(또는 직접적으로 통신하고), 반드시 기계적으로 결합되는 것은 아님을 의미한다. 마찬가지로, 달리 명시하지 않는 한, "연결된"은 한 요소가 다른 요소에 직접 또는 간접적으로 결합되고(또는 직접 또는 간접적으로, 전기적으로 또는 다른 방법으로 통신되고), 반드시 기계적으로 결합되는 것은 아님을 의미한다. 따라서, 도면들에 도시된 개략도는 요소들의 하나의 예시적인 배열을 도시하지만, 추가의 개재 요소들, 디바이스들, 특징들 또는 컴포넌트들이 도시된 대상의 실시예에 존재할 수도 있다.
적어도 하나의 예시적인 실시예가 전술한 상세한 설명에 제시되었지만, 많은 변형이 존재한다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에 설명된 예시적인 실시 예 또는 실시예들은 어떤 식으로든 청구되는 대상의 범위, 적용 가능성 또는 구성을 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 전술한 상세한 설명은 설명된 실시예 또는 실시예들을 구현하기 위한 편리한 로드맵을 당업자에게 제공할 것이다. 본 특허 출원의 출원 시 공지된 균등물 및 예측 가능한 균등물을 포함하는 청구범위에 정의된 범위를 벗어나지 않으면서 요소의 기능 및 배열에 다양한 변경이 이뤄질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
Claims (23)
- 제 1 출력 단자를 갖는 제 1 증폭기와,
제 2 출력 단자를 갖는 제 2 증폭기와,
상기 제 1 출력 단자와 상기 제 2 출력 단자 사이에 전기 접속된 임피던스 인버터 라인 어셈블리를 포함하되,
상기 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 상기 제 1 출력 단자와 상기 제 2 출력 단자 사이에 직렬 접속된 제 1 전송선 및 표면 장착 컴포넌트를 포함하는
다중 경로 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 다중 경로 증폭기는 도허티 증폭기(Doherty amplifier)이고, 상기 제 1 증폭기는 캐리어 증폭기(carrier amplifier)이며, 상기 제 2 증폭기는 피킹 증폭기(peaking amplifier)인
다중 경로 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 임피던스 인버터 라인 어셈블리는,
제 2 전송선을 더 포함하고,
상기 제 1 전송선의 제 1 단부는 제 1 출력부에 연결되고,
상기 제 1 전송선의 제 2 단부는 상기 표면 장착 컴포넌트의 제 1 단자에 연결되며,
상기 제 2 전송선의 제 1 단부는 상기 표면 장착 컴포넌트의 제 2 단자에 연결되고,
상기 제 2 전송선의 제 2 단부는 제 2 출력부에 연결되는
다중 경로 증폭기.
- 제 3 항에 있어서,
상기 임피던스 인버터 라인 어셈블리는,
상기 제 1 출력부와 상기 제 1 전송선의 상기 제 1 단부 사이에 전기적으로 연결된 제 1 커넥터와,
상기 제 2 출력부와 상기 제 2 전송선의 제 2 단부 사이에 전기적으로 연결된 제 2 커넥터를 더 포함하는
다중 경로 증폭기.
- 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 커넥터는 제 1 와이어본드 어레이를 포함하고,
상기 제 2 커넥터는 제 2 와이어본드 어레이를 포함하는
다중 경로 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 표면 장착 컴포넌트는 표면 장착 커패시터인
다중 경로 증폭기.
- 제 6 항에 있어서,
상기 커패시터는 3.0 피코패럿에서 33 피코패럿까지 범위의 커패시턴스 값을 갖는
다중 경로 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 표면 장착 컴포넌트는 표면 장착 인덕터인
다중 경로 증폭기.
- 제 8 항에 있어서,
상기 인덕터는 0.3 나노헨리에서 4.4 나노헨리까지 범위의 인덕턴스 값을 갖는
다중 경로 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 표면 장착 컴포넌트는 수동 전자 컴포넌트가 연결되는 기판을 포함하는
다중 경로 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 표면 장착 컴포넌트는 고정 값 커패시터, 고정 값 인덕터, 조정가능 커패시터, 조정가능 인덕터, 및 조정가능 수동 컴포넌트 네트워크 중에서 선택되는
다중 경로 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 출력 단자는 제 1 드레인-소스 커패시턴스를 갖는 제 1 전력 트랜지스터의 제 1 고유 드레인에 대응하고, 상기 제 2 출력 단자는 제 2 드레인-소스 커패시턴스를 갖는 제 2 전력 트랜지스터의 제 2 고유 드레인에 대응하며, 상기 임피던스 인버터 라인 어셈블리 및 상기 제 1 드레인-소스 커패시턴스 및 상기 제 2 드레인-소스 커패시턴스는 상기 제 1 고유 드레인과 상기 제 2 고유 드레인 사이에 임피던스 반전 및 90도 위상차를 제공하는
다중 경로 증폭기.
- 증폭기로서,
장착 표면을 갖는 제 1 기판과,
상기 장착 표면에 연결된 제 1 전력 트랜지스터 다이 - 상기 제 1 전력 트랜지스터 다이는 상기 제 1 전력 트랜지스터 다이 내에 집적된 제 1 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 1 트랜지스터는 제 1 드레인 단자를 포함함 - 와,
상기 장착 표면에 연결된 제 2 전력 트랜지스터 다이 - 상기 제 2 전력 트랜지스터 다이는 상기 제 2 전력 트랜지스터 다이 내에 집적된 제 2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 2 트랜지스터는 제 2 드레인 단자를 포함함 - 와,
상기 제 1 출력 단자와 상기 제 2 출력 단자 사이에 전기적으로 연결된 임피던스 인버터 라인 어셈블리 - 상기 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 제 1 전송선 및 상기 제 1 출력 단자와 상기 제 2 출력 단자 사이에 직렬 접속된 표면 장착 컴포넌트를 포함함 - 를 포함하는
증폭기.
- 제 13 항에 있어서,
상기 증폭기는 도허티 증폭기이고, 상기 제 1 트랜지스터는 캐리어 증폭기의 일부분을 형성하며, 상기 제 2 트랜지스터는 피킹 증폭기의 일부분을 형성하는
증폭기.
- 제 13 항에 있어서,
상기 임피던스 인버터 라인 어셈블리는,
제 2 전송선을 더 포함하되,
상기 제 1 전송선의 제 1 단부는 제 1 출력부에 연결되고,
상기 제 1 전송선의 제 2 단부는 상기 표면 장착 컴포넌트의 제 1 단자에 연결되며,
상기 제 2 전송선의 제 1 단부는 상기 표면 장착 컴포넌트의 제 2 단자에 연결되고,
상기 제 2 전송선의 제 2 단부는 제 2 출력부에 연결되는
증폭기.
- 제 15 항에 있어서,
상기 임피던스 인버터 라인 어셈블리는,
상기 제 1 출력부와 상기 제1 전송선의 제 1 단부 사이에 전기적으로 연결된 제 1 와이어본드 어레이와,
상기 제 2 출력부와 상기 제 2 전송선의 제 2 단부 사이에 전기적으로 연결된 제 2 와이어본드 어레이를 더 포함하는
증폭기.
- 제 13 항에 있어서,
상기 표면 장착 컴포넌트는 표면 장착 커패시터, 표면 장착 인덕터, 및 수동 전기 컴포넌트가 연결되는 제 2 기판 중에서 선택되는
증폭기.
- 제 13 항에 있어서,
상기 표면 장착 컴포넌트는 고정 값 커패시터, 고정 값 인덕터, 조정가능 커패시터, 조정가능 인덕터, 및 조정가능 수동 컴포넌트 네트워크 중에서 선택되는
증폭기.
- 도허티 증폭기의 적어도 일부분을 하우징하는 모듈로서,
장착 표면을 갖는 제 1 기판과,
상기 장착 표면에 접속된 캐리어 증폭기 다이 - 상기 캐리어 증폭기 다이는 상기 캐리어 증폭기 다이 내에 집적된 제 1 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 1 트랜지스터는 제 1 드레인 단자를 포함함 - 와,
상기 장착 표면에 접속된 피킹 증폭기 다이 - 상기 피킹 증폭기 다이는 상기 피킹 증폭기 다이 내에 집적된 제 2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 2 트랜지스터는 제 2 드레인 단자를 포함함 - 와,
상기 제 1 출력 단자와 상기 제 2 출력 단자 사이에 전기 접속된 임피던스 인버터 라인 어셈블리 - 상기 임피던스 인버터 라인 어셈블리는 상기 장착 표면에 접속된 제 1 전송선, 및 상기 제 1 출력 단자와 상기 제 2 출력 단자 사이에서 상기 장착 표면에 직렬로 접속된 표면 장착 컴포넌트를 포함함 - 를 포함하는
모듈.
- 제 19 항에 있어서,
상기 임피던스 인버터 라인 어셈블리는,
상기 장착 표면에 접속된 제 2 전송선을 더 포함하되,
상기 제 1 전송선의 제 1 단부는 제 1 출력부에 연결되고,
상기 제 1 전송선의 제 2 단부는 상기 표면 장착 컴포넌트의 제 1 단자에 연결되며,
상기 제 2 전송선의 제 1 단부는 상기 표면 장착 컴포넌트의 제 2 단자에 연결되고,
상기 제 2 전송선의 제 2 단부는 제 2 출력부에 연결되는
모듈.
- 제 19 항에 있어서,
상기 도허티 증폭기는 90-0 도허티 증폭기이고, 상기 제 1 트랜지스터의 고유 드레인과 상기 제 2 트랜지스터의 고유 드레인 사이의 전기적 거리는 90도인
모듈.
- 제 19 항에 있어서,
상기 도허티 증폭기는 270-90 도허티 증폭기이고, 상기 제 1 트랜지스터의 고유 드레인과 상기 제 2 트랜지스터의 고유 드레인 사이의 전기적 거리는 270도인
모듈.
- 제 19 항에 있어서,
상기 표면 장착 컴포넌트는 고정 값 커패시터, 고정 값 인덕터, 조정가능 커패시터, 조정가능 인덕터, 및 조정가능 수동 컴포넌트 네트워크 중에서 선택되는
모듈.
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